DE69814764T2 - Process and device for waste processing under supercritical conditions - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verarbeitungsverfahren und eine Verarbeitungsvorrichtung für organische Abfälle und ein Verarbeitungsverfahren und eine Verarbeitungsvorrichtung für anorganische Abfälle.The present invention relates to a processing method and processing device for organic scraps and a processing method and a processing device for inorganic Waste.
In den vergangenen Jahren wurde die Entsorgung organischer Abfälle, einschließlich Harzen, wie z. B. Kunststoffbehältern oder Polyvinylchlorid oder radioaktiver Materialien zu einem großen Problem. Herkömmlich werden die organischen Abfälle durch Verbrennen entsorgt, wobei jedoch bei einem solchen Verarbeitungsverfahren Probleme dahingehend entstehen, dass gefährliche Materialien, wie z. B. Dioxin, Stickstoffoxide und dergleichen erzeugt werden und zur Rückgewinnung dieser gefährlichen Materialien eine große Anlage erforderlich ist.In recent years, the Disposal of organic waste, including Resins such as B. plastic containers or polyvinyl chloride or radioactive materials to a big problem. conventional become the organic waste disposed of by incineration, however, in such a processing method Problems arise in that dangerous materials, such as. B. dioxin, nitrogen oxides and the like are generated and reclamation this dangerous Materials a great Facility is required.
Darüber hinaus enthalten anorganische Abfälle auf dem Gebiet der Atomenergie neben den radioaktiven Materialien ein großes Volumen an Natriumnitrat. Folglich werden radioaktive Materialien mit Natriumnitrat als verfestigter Körper in einem unter der Erde befindlichen Verarbeitungsbereich gelagert. Als Ergebnis einer aktuellen Studie der Untergrundumgebung wird berichtet, dass der Untergrund einen niedrigen Sauerstoffpartialdruck aufweist, wodurch es wahrscheinlich ist, dass Nitrat-Ionen in Ammoniak umgewandelt werden. Deshalb wird darauf hingewiesen, dass eine Wahrscheinlichkeit besteht, dass radioaktives Material wie Plutonium und dergleichen einen Komplex mit Ammoniak bildet und aus dem verfestigten Körper ausgewaschen wird.They also contain inorganic scraps in the field of nuclear energy in addition to radioactive materials a big Volume of sodium nitrate. Consequently, radioactive materials with sodium nitrate as a solidified body in an underground located processing area stored. As a result of a current Study of the underground environment is reported to be the underground has a low partial pressure of oxygen, which makes it likely is that nitrate ions are converted to ammonia. That is why indicated that there is a likelihood that radioactive Material such as plutonium and the like complex with ammonia forms and is washed out of the solidified body.
Kürzlich hat als Verfahren zur Zersetzung eines organischen Materials ein Verfahren die Aufmerksamkeit auf sich gezogen, bei dem Wasser mit hoher Temperatur und hohem Druck (überkritisches Wasser) verwendet wird und bei dem der kritische Punkt des Wassers (Temperatur: 374°C, Druck: 22,1 MPa) überschritten wird.Recently has as a method of decomposing an organic material Procedure attracted attention when using water high temperature and high pressure (supercritical water) and at which the critical point of water (temperature: 374 ° C, pressure: 22.1 MPa) is exceeded.
Der überkritische Zustand bezeichnet einen Zustand einer Substanz, die bei einer Temperatur und einem Druck vorliegt, welche die kritische Temperatur und den kritischen Druck überschreiten, bei denen es sich um physikalische Größen handelt, die den einzelnen Verbindungen inhärent sind und eine Substanz in diesem Zustand wird als überkritisches Fluid bezeichnet.The supercritical state referred to a state of a substance at one temperature and one There is pressure, which is the critical temperature and the critical Exceed pressure, which are physical quantities that the individual Connections inherent are and a substance in this state is called supercritical Designated fluid.
Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein organisches Material und ein Fluid, das Wasser und Sauerstoff enthält, gemischt werden, und das organische Material bei einem überkriti schen Zustand, der den kritischen Punkt von Wasser überschreitet, oxidiert/zersetzt werden ("Verfahren zur Oxidation organischer Materialien in Wasser, das den überkritischen Punkt überschreitet", Japanische Patentanmeldung Nr. Sho-56-68414, eingetragen unter der Nummer 1551862). Das überkritische Wasser, dessen Eigenschaften zwischen den Eigenschaften einer Flüssigkeit und eines Gases liegen und das mit einem organischen Material und mit Sauerstoff in einem beliebigen Verhältnis gemischt werden kann, kann das organische Material effektiv in kurzer Zeit zersetzen.A method is known for which is an organic material and a fluid, the water and oxygen contains are mixed, and the organic material at a super critical Condition that exceeds the critical point of water oxidizes / decomposes ("procedure for the oxidation of organic materials in water, which is supercritical Point exceeds ", Japanese patent application No.Sho-56-68414, registered under number 1551862). The supercritical Water, the properties of which are between the properties of a liquid and a gas and that with an organic material and can be mixed with oxygen in any ratio can effectively decompose the organic material in a short time.
In dem überkritischen Zustand tritt jedoch ein Problem dahingehend auf, dass die anorganischen Materialien, die in den organischen Abfällen enthalten sind, auf der Oberfläche des Reaktors ausfallen, wodurch der Reaktor verstopft wird, da die Löslichkeit anorganischer Materialien sehr klein ist. Da die Löslichkeit der anorganischen Oxide besonders klein ist, ist es wahrscheinlich, dass solche Schwierigkeiten verursacht werden.Occurs in the supercritical state however a problem arises in that the inorganic materials, those in organic waste are included on the surface of the reactor fail, which clogs the reactor because the solubility inorganic materials is very small. Because the solubility of the inorganic oxides is particularly small, it is likely that such difficulties are caused.
Wenn beispielsweise die Abfälle eines Atomkraftwerks verarbeitet werden, ist aufgrund des Ausfallens radioaktiver Materialien die Handhabung nicht einfach und die Wartung der Abfallverarbeitungsvorrichtung ist sehr teuer.For example, if the waste is one Nuclear power plant being processed is more radioactive due to the failure Materials not easy to handle and maintenance of the waste processing device is very expensive.
Daher wird die Entwicklung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Zersetzung organischer Abfälle unter Nutzung des überkritischen Zustandes ohne Ausfällen anorganischer Substanzen erwartet.Therefore the development of a Process and an apparatus for decomposing organic waste under Use of the supercritical Condition without failures inorganic substances expected.
Ferner besteht dann, wenn Ammoniak in einem verfestigten Körper vorliegt, wie es vorstehend beschrieben worden ist, eine Wahrscheinlichkeit, dass radioaktive Materialien, wie z. B. Plutonium aus dem verfestigten Körper ausgewaschen werden. Daher wird die Entwicklung eines Abfallverarbeitungsverfahrens und einer Vorrichtung erwartet, die selbst dann, wenn die Abfälle, die nur anorganische Materialien umfassen, verarbeitet werden, durch Umwandeln der Nitrat-Ionen oder der Nitratsalze in Stickstoff einen Gehalt an Nitrat-Ionen in dem verfestigten Körper ausschließen können.Furthermore, if ammonia in a solidified body as described above, there is a probability that radioactive materials such. B. plutonium from the solidified body be washed out. Hence the development of a waste processing method and a device expected even if the waste that include only inorganic materials that are processed by Convert the nitrate ions or nitrate salts to nitrogen Exclude content of nitrate ions in the solidified body.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung gemacht wurde, um die Probleme der herkömmlichen Technologie zu lösen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die organische Abfälle oder anorganische Abfälle in einer kurzen Zeit effektiv zersetzen können.From the above it can be seen that the present invention was made to solve the problems of usual Technology to solve. The object of the present invention is to provide a Process and an apparatus that organic waste or inorganic waste can decompose effectively in a short time.
In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Abfallverarbeitungsverfahren bereit, das einen Schritt des Zersetzens der gesamten oder nahezu der gesamten organischen Substanz, die in organischen Abfällen enthalten ist, zu Produkten mit niedrigerem Molekulargewicht, und zwar durch Halten der organischen Abfälle in einem Medium, das sich in einem überkritischen Zustand befindet, und in Abwesenheit eines Oxidationsmittels für einen vorbestimmten Zeitraum, und einen Schritt des Oxidierens und Zersetzens der Produkte mit niedrigerem Molekulargewicht zu Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasser (H2O) umfasst, und zwar durch Halten eines Gemischs eines Oxidationsmittels und der Produkte mit niedrigerem Molekulargewicht in dem Medium, das sich in einem überkritischen Zustand befindet, für einen vorbestimmten Zeitraum.In a first aspect, the present invention provides a waste processing method comprising a step of decomposing all or almost all of the organic matter contained in organic waste into lower molecular weight products by keeping the organic waste in a medium, which is in a supercritical state and in the absence of an oxidizing agent for a predetermined period of time and comprises a step of oxidizing and decomposing the lower molecular weight products to carbon dioxide (CO 2 ) and / or water (H 2 O) by holding a mixture of an oxidizing agent and the lower molecular weight products in the medium which is in a supercritical state for a predetermined period of time.
Gemäß diesem Verfahren wird nach der Zersetzung einer organischen Substanz in Produkte mit niedrigerem Molekulargewicht in überkritischem Wasser in Abwesenheit eines Oxidationsmittels die organische Substanz durch Zugabe des Oxidationsmittels zu unterkritischem Wasser oxidiert und zersetzt, in dem die anorganischen Substanzen kaum ausfallen. Daher kann die organische Substanz effektiv zersetzt werden und es wird verhindert, dass die anorganische Substanz ausfällt.According to this procedure, after the decomposition of an organic substance into products with lower Molecular weight in supercritical Water in the absence of an oxidizer is the organic substance oxidized to subcritical water by adding the oxidizing agent and decomposes in which the inorganic substances hardly precipitate. Therefore, the organic matter can be effectively decomposed and it prevents the inorganic substance from precipitating.
Nicht beschränkende Beispiele der organischen Abfälle sind Papier, Abfälle, Aktivkohle, Asphalt und verschiedene Arten von Harzen. Die organischen Abfälle können Nitrat, Sulfat, Chlorid, Phosphat, Silikat oder Gemische davon enthalten.Non-limiting examples of organic scraps are paper, waste, Activated carbon, asphalt and various types of resins. The organic scraps can Contain nitrate, sulfate, chloride, phosphate, silicate or mixtures thereof.
Die organischen Abfälle können unlösliche Materialien, wie z. B. Sand, Kies, Kieselsteine und dergleichen umfassen.The organic waste can be insoluble materials, such as B. include sand, gravel, pebbles and the like.
Ferner enthalten einige der Harze, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, PET-Harz und verschiedene Arten von Ionenaustauscherharzen keinen anorganischen Zusatz oder organischen Zusatz und andere Harze, wie z. B. Polyvinylchlorid, Silikon, faserverstärkter Kunststoff (FRP) und der gleichen enthalten einen anorganischen Zusatz und/oder einen Organome tallsalzzusatz.Some of the resins also contain such as B. polyethylene, polypropylene, PET resin and various types of ion exchange resins no inorganic additive or organic Additive and other resins such as B. polyvinyl chloride, silicone, fiber-reinforced plastic (FRP) and the like contain an inorganic additive and / or an organome tallow salt additive.
Beispiele für die anorganischen Zusätze sind Stabilisatoren, wie z. B. Bleisalze oder Zinnsalze, Füllstoffe, wie z. B. CaCO3 oder SiO2, Flammverzögerungsmittel, wie z. B. Al2(OH)3, Sb2O3, MgO und Kohlenstoff zur Verleihung einer Leitfähigkeit oder zur Verstärkung. Bleistearat ist ein Beispiel des Organometallsalzzusatzes.Examples of the inorganic additives are stabilizers, such as. B. lead salts or tin salts, fillers such. B. CaCO 3 or SiO 2 , flame retardants such. B. Al 2 (OH) 3 , Sb 2 O 3 , MgO and carbon for imparting conductivity or for reinforcement. Pencil stearate is an example of the organometallic salt additive.
Wenn die organischen Abfälle eine große Menge an Verunreinigungen, anorganischen Zusätzen oder Organometallsalzzusätzen enthalten, dann wird die Menge der Abfälle, die pro Zeiteinheit verarbeitet wird, vorzugsweise reduziert, so dass ein Ausfallen der anorganischen Substanzen verhindert wird.If the organic waste is one size Amount of impurities, inorganic additives or organometallic salt additives, then the amount of waste, which is processed per unit of time, preferably reduced, so that a failure of the inorganic substances is prevented.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren den Schritt des Abtrennens unlöslicher Verunreinigungen, die in den organischen Abfällen enthalten sind, und zwar vor der Oxidation und Zersetzung der Produkte mit niedrigerem Molekulargewicht zu Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasser (H2O).Preferably the method comprises the step of separating insoluble impurities contained in the organic wastes prior to the oxidation and decomposition of the lower molecular weight products to carbon dioxide (CO 2 ) and / or water (H 2 O).
Gemäß dieses bevorzugten Verfahrens kann die organische Substanz selbst dann effektiv zersetzt werden, wenn die vorstehend beschriebenen organischen Abfälle eine große Menge unlöslicher Verunreinigungen, anorganischer Zusätze oder Organometallsalzzusätze enthalten, während ein Ausfallen der anorganischen Substanz in dem unterkritischen Medium verhindert werden kann, da die ausgefallenen unlöslichen Verunreinigungen nach der überkritischen Verarbeitung entfernt und anschließend die organische Substanz durch die Zugabe eines Oxidationsmittels in unterkritischem Wasser oxidiert und zersetzt wird. Daher muss die Verarbeitungsmenge nicht reduziert werden.According to this preferred method the organic substance can be effectively decomposed even then if the organic waste described above is a size Amount of insoluble Contain impurities, inorganic additives or organometallic salt additives, while a failure of the inorganic substance in the subcritical Medium can be prevented because the failed insoluble contaminants after the supercritical Processing removed and then the organic substance through the addition of an oxidizing agent oxidizes in subcritical water and is decomposed. Therefore, the amount of processing need not be reduced become.
In diesen Abfallverarbeitungsverfahren ist es bevorzugt, die Wasserstoffionenkonzentration des Mediums auf 10-4 mol oder mehr pro 1 kg des Mediums einzustellen. Die Löslichkeit der anorganischen Substanz wird dadurch verbessert, was das Ausfallen der anorganischen Substanz weiter vermindert.In these waste processing methods, it is preferable to set the hydrogen ion concentration of the medium to 10 -4 mol or more per 1 kg of the medium. This improves the solubility of the inorganic substance, which further reduces the precipitation of the inorganic substance.
Als Medium kann vorzugsweise Wasser, Kohlendioxid, ein Kohlenwasserstoff oder Gemische davon verwendet werden.Water, Carbon dioxide, a hydrocarbon or mixtures thereof are used become.
Im Allgemeinen können Substanzen, die bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck in der Gasphase oder der flüssigen Phase vorliegen, in einem Medium im überkritischen Zustand in einem beliebigen Verhältnis gleichförmig gemischt werden. Ferner kann in dem überkritischen Medium verglichen mit einem flüssigen Medium eine höhere Massenüberführungsgeschwindigkeit erwartet werden. Daher kann als überkritisches Medium der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung des verarbeiteten Gegenstandes Wasser, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffe verwendet werden, die alle die vorstehend beschriebenen Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus kann durch Mischen dieser Medien deren kritischer Punkt verändert werden.In general, substances that are at room temperature and atmospheric pressure in the gas phase or the liquid Are present in a medium in a supercritical state in one any ratio uniform be mixed. Furthermore can be compared in the supercritical medium with a liquid Medium a higher Mass transfer speed to be expected. Therefore, as a supercritical Medium of the present invention considering the processed Water, carbon dioxide and hydrocarbons are used which all have the properties described above. About that by mixing these media, their critical point can be changed.
Als Oxidationsmittel wird zumindest die stöchiometrische Menge von Sauerstoff, Luft, Wasserstoffperoxid, Ozon oder Gemischen davon verwendet, die zur vollständigen Oxidation der organischen Abfälle erforderlich ist. Das 1,2- bis 10-fache der stöchiometrischen Menge ist mehr bevorzugt.At least as an oxidizing agent the stoichiometric Amount of oxygen, air, hydrogen peroxide, ozone or mixtures of which used to complete Oxidation of organic waste is required. 1.2 to 10 times the stoichiometric amount is more prefers.
Zur Einstellung der Wasserstoffionenkonzentration wird vorzugsweise eine anorganische Säure verwendet und insbesondere Schwefelsäure oder Chlorwasserstoffsäure. Beispielsweise wird jedoch eine Säure (z. B. Salpetersäure), die bei einer hohen Temperatur pyrolysiert, zweckmäßig nicht verwendet.For setting the hydrogen ion concentration an inorganic acid is preferably used, and in particular sulfuric acid or hydrochloric acid. For example, however, an acid (e.g. nitric acid) that pyrolyzed at a high temperature, suitably not used.
Der zweite Aspekt der vorliegenden
Erfindung stellt eine Abfallverarbeitungsvorrichtung bereit, die
einen Zersetzungsreaktor zum Zersetzen der gesamten oder nahezu
der gesamten organischen Substanz in organischen Abfällen zu
Produkten mit niedrigerem Molekulargewicht in einem überkritischen
Medium in Abwesenheit eines Oxidationsmittels, wobei der Zersetzungsreaktor
eine Zuführungseinrichtung
für organischen Abfall,
eine Zuführungseinrichtung
für das
Medium und eine Einrichtung zur Bildung eines überkritischen Zustands in dem
Reaktor bereitstellt, wobei der Zersetzungsreaktor keine Einrichtung
zur Zuführung
eines Oxidationsmittels aufweist, einen Oxidationsreaktor zum Oxidieren
und Zersetzen des organischen Produkts mit niedrigerem Molekulargewicht
zu einem Fluid, das Kohlendioxid und/oder Wasser in einem unterkritischen
Zustand enthält,
wobei der Oxidationsreaktor eine Einrichtung zum Zuführen der
Produkte mit niedrigerem Molekulargewicht, die in dem Zersetzungsreaktor
erzeugt worden sind, eine Zuführungseinrichtung
für ein
Oxidationsmittel und eine Einrichtung zur Bildung des unterkritischen
Zustands in dem zweiten Reaktor bereitstellt, und eine Rückgewinnungseinrichtung
zum Rückgewinnen
des in dem zweiten Reaktor erzeugten Fluids umfasst, wobei die Rückgewinnungseinrichtung
eine Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung
zum Trennen des Fluids in ein Gas und eine Flüssigkeit, eine Gasverarbeitungseinrichtung
zum Verarbeiten des Gases und eine Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung
zum Verarbeiten der Flüssigkeit
umfasst, wobei die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung
ferner eine Verfestigungseinrichtung (
Die vorstehend genannte Verarbeitungsvorrichtung kann mit einer Zuführungsvorrichtung für neutrale Salze ausgestattet sein, die dem Medium, dass dem Reaktor zugeführt werden soll, ein neutrales Salz zusetzt.The above processing device can with a feeder for neutral salts be equipped, the medium that are fed to the reactor should add a neutral salt.
Der Reaktor kann mit einer Einrichtung zum Einstrahlen ultravioletter Strahlen oder von Bestrahlungs- bzw. Radialstrahlen auf den Reaktorinhalt ausgestattet sein.The reactor can be equipped with one device for irradiation of ultraviolet rays or radiation or Radial jets on the contents of the reactor.
Die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung kann mit einer Neutralisierungseinrichtung zum Neutralisieren einer in der Flüssigkeit enthaltenen Säure ausgestattet sein.The liquid processing device can with a neutralizing device to neutralize a in the liquid contained acid be equipped.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ferner eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der Wasserstoffkonzentration in dem Zersetzungsreaktor (wenn sowohl ein Zersetzungs- als auch ein Oxidationsreaktor bereitgestellt ist) oder dem Reaktor für die Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung. Die Einstelleinrichtung kann derart gestaltet sein, dass ein Medium durch die Zugabe einer anorganischen Säure auf eine vorbestimmte Wasserstoffionenkonzentration eingestellt und dem Reaktor zugeführt wird.The device preferably comprises furthermore an adjusting device for adjusting the hydrogen concentration in the decomposition reactor (if both a decomposition and a an oxidation reactor is provided) or the reactor for the device according to the third Aspect of the invention. The setting device can be designed in this way be that a medium by adding an inorganic acid a predetermined hydrogen ion concentration is set and fed to the reactor becomes.
Die Einstelleinrichtung kann so gestaltet sein, dass sie eine Säurezuführungseinrichtung zum Zuführen einer anorganischen Säure zu dem Reaktor, eine Wasserstoffionenkonzentrationsmesseinrichtung zum Messen der Wasserstoffionenkonzentration in dem Reaktor und eine Steuereinrichtung zum Zuführen einer berechneten Menge der anorganischen Säure von der Säurezuführungseinrichtung zu dem Reaktor auf der Basis eines Signals von der Wasserstoffionenkonzentrationsmesseinrichtung aufweist.The setting device can be designed in this way be an acid feeder to feed an inorganic acid to the reactor, a hydrogen ion concentration measuring device for measuring the hydrogen ion concentration in the reactor and a control device for feeding a calculated amount of the inorganic acid from the acid supply device to the reactor based on a signal from the hydrogen ion concentration measuring device having.
Es ist bevorzugt, dass als anorganische Säure mindestens eine Säure verwendet wird, die aus Schwefelsäure und Chlorwasserstoffsäure ausgewählt ist.It is preferred that as inorganic Acid at least an acid is used, which is selected from sulfuric acid and hydrochloric acid.
Durch die Bereitstellung einer Oxidationsmittelzuführungseinrichtung zum Zuführen eines Oxidationsmittels zu dem Reaktor kann die Einstelleinrichtung derart gestaltet werden, dass die Wasserstoffionenkonzentration gemäß den Arten der organischen Abfälle oder der anorganischen Abfälle und der Zuführungsmenge des Oxidationsmittels eingestellt wird. Die verschiedenen Arten der Abfälle können dadurch mit einer hervorragenden Effizienz verarbeitet werden.By providing an oxidant delivery device to feed an oxidizer to the reactor can be the adjuster be designed so that the hydrogen ion concentration according to the species of organic waste or inorganic waste and the feed amount of Oxidizing agent is set. The different types of scraps can can be processed with excellent efficiency.
Die erfindungsgemäße Abfallverarbeitungsvorrichtung für den Reaktor kann mit einer Abtrenneinrichtung zur Abtrennung unlöslicher Verunreinigungen ausgestattet werden, die in den organischen Abfällen oder in den anorganischen Abfällen enthalten sind.The waste processing device according to the invention for the Reactor can be insoluble with a separation device for separation Impurities that are contained in organic waste or in inorganic waste are included.
Es ist bevorzugt, eine Einrichtung zum Erfassen eines Zustandes eines Mediums in dem Reaktor bereitzustellen, um richtig bewerten zu können, ob das Medium in dem Reaktor im überkritischen Zustand vorliegt oder nicht, so dass die Abfälle unter den optimalen Bedingungen verarbeitet werden. Wenn in dem Reaktor zum Beispiel eine Einrichtung zum Messen der Temperatur und des Drucks angeordnet ist, dann kann der Zustand des Mediums erfasst werden. Anstelle des direkten Messens der Temperatur und des Drucks innerhalb des Reaktors können die Temperatur und der Druck eines Gemisches des Mediums und der Abfälle vor der Zuführung zu dem Reaktor gemessen werden.It is preferred to set up one for detecting a state of a medium in the reactor, to be able to evaluate correctly whether the medium in the reactor is supercritical Condition is present or not, so the waste is under the optimal conditions are processed. If, for example, a device in the reactor is arranged to measure the temperature and pressure, then the state of the medium can be recorded. Instead of direct measurement the temperature and pressure within the reactor can Temperature and pressure of a mixture of the medium and the waste the feeder be measured to the reactor.
Für die Zuführungseinrichtung für die organischen Abfälle oder die anorganischen Abfälle und für die Mediumzuführungseinrichtung kann eine Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Beaufschlagen der organischen Abfälle oder der anorganischen Abfälle und des Mediums mit Druck sowie eine Vorheizeinrichtung zum Vorheizen der organischen Abfälle oder der anorganischen Abfälle bereitgestellt werden. Für die Rückgewinnungseinrichtung kann eine Druckverminderungseinrichtung zur Dekomprimierung des in dem Reaktor erzeugten Fluids und eine Kühleinrichtung zum Kühlen desselben bereitgestellt werden. Wenn eine Säurezuführungseinrichtung oder eine Oxidationsmittelzuführungseinrichtung vorliegen, dann kann eine Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Beaufschlagen der Säure oder des Oxidationsmittels mit Druck und eine Vorheizeinrichtung zum Vorheizen derselben angeordnet sein. Bei einem solchen Aufbau kann die Verarbeitung effizient verbessert werden, da die Abfälle und dergleichen kontinuierlich zugeführt/rückgewonnen und verarbeitet werden können.For the feeder for the organic waste or the inorganic waste and for the medium feed device can be a pressurizing device for pressurizing the organic waste or inorganic waste and the medium with pressure and a preheating device for preheating of organic waste or inorganic waste to be provided. For the recovery device can a pressure reducing device for decompressing the fluids generated in the reactor and cooling means for cooling the same to be provided. If an acid supply device or Oxidant feeder are present, then a pressurizing device can be used for pressurizing the acid or the oxidant with pressure and a preheater be arranged for preheating the same. With such a structure Processing can be improved efficiently since the waste and the like continuously fed / recovered and can be processed.
Als Oxidationsmittel wird vorzugsweise das 1-fache oder mehr, vorzugsweise das 1,2- bis 10-fache der stöchiometrischen Menge von Sauerstoff, Luft, Wasserstoffperoxid oder deren Gemischen verwendet, die zur vollständigen Oxidation der organischen Abfälle oder der anorganischen Abfälle erforderlich ist.The preferred oxidizing agent is 1 times or more, preferably 1.2 to 10 times the stoichiometric Amount of oxygen, air, hydrogen peroxide or their mixtures used to complete Oxidation of organic waste or inorganic waste is required.
Vorzugsweise kann eine Abdeckeinrichtung zur Abdeckung mindestens eines Teils der Zuführungseinrichtung für den organischen Abfall oder den anorganischen Abfall angeordnet sein. Beispielsweise kann mindestens ein Teil der organischen Abfälle oder der anorganischen Abfälle vorzugsweise in einem Handschuhkasten oder einem Abzug angeordnet sein.A covering device can preferably be used to cover at least a part of the feed device for the organic Waste or the inorganic waste can be arranged. For example can contain at least part of the organic waste or the inorganic scraps preferably arranged in a glove box or a hood his.
Die Abdeckungseinrichtung ist vorzugsweise explosionsfest.The cover device is preferred explosion resistant.
Die Rückgewinnungseinrichtung umfasst eine Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, eine Gasverarbeitungseinrichtung und eine Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung.The recovery device includes a gas-liquid separation device, a gas processing device and a liquid processing device.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Gasverarbeitungseinrichtung einen Filter umfasst, der eine feste Komponente, ein radioaktives Material oder eine gefährliche Substanz in dem Gas entfernt, sowie einen Wäscher, der ein radioaktives Material oder eine gefährliche Substanz in der Flüssigkeit zurückgewinnt.It is further preferred that the Gas processing device comprises a filter that has a solid component, a radioactive material or a dangerous substance in the gas removed, as well as a washer, which is a radioactive material or a dangerous substance in the liquid recovers.
Ferner wird als Lösung, die in dem Wäscher verwendet wird, mindestens eine Substanz eingesetzt, die aus Wasser, einer alkalischen Lösung, die Natriumhydroxid enthält oder Wasser, das ein Reduktionsmittel enthält, ausgewählt ist.It is also used as a solution in the scrubber is used, at least one substance consisting of water, one alkaline solution, which contains sodium hydroxide or water containing a reducing agent is selected.
Die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Einrichtung zur Entnahme einer Flüssigkeitsprobe und zur Analyse der Flüssigkeit.The liquid processing device preferably comprises a device for taking a liquid sample and to analyze the liquid.
Es ist bevorzugt, dass die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zum Rühren der Flüssigkeit aufweist.It is preferred that the liquid processing device a device for stirring the liquid having.
Die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Einrichtung zum Kühlen der Flüssigkeit.The liquid processing device preferably comprises a device for cooling the liquid.
Die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Einrichtung zum Aggregieren und Ausfällen anorganischer Ionen in der Flüssigkeit.The liquid processing device preferably comprises a device for aggregating and precipitating inorganic Ions in the liquid.
Die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung weist vorzugsweise eine Einrichtung zum Sammeln einer festen Komponente in der Flüssigkeit auf.The liquid processing device preferably has a means for collecting a solid component in the liquid on.
Die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung weist vorzugsweise eine Ionenaustauschereinrichtung zum Entfernen einer in der Flüssigkeit enthaltenen ionischen Komponente auf.The liquid processing device preferably has an ion exchange device for removal one in the liquid contained ionic component.
Die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung weist vorzugsweise eine Extraktions/Rückgewinnungseinrichtung zum Extrahieren/Rückgewinnen anorganischer Ionen in der Flüssigkeit auf, und zwar durch Ermöglichen, dass die Flüssigkeit mit einem Extraktionsmittel in Kontakt ist.The liquid processing device preferably has an extraction / recovery device Extracting / recovering inorganic ions in the liquid on, by enabling that the liquid is in contact with an extractant.
Als Extraktionsmittel wird vorzugsweise mindestens eine Substanz eingesetzt, die aus einer neutralen Organophosphorverbindung oder einer sauren Organophosphorverbindung ausgewählt ist.The preferred extractant is at least one substance used, which consists of a neutral organophosphorus compound or an acidic organophosphorus compound is selected.
Als Verdünnungsmittel für das Extraktionsmittel wird vorzugsweise Kohlendioxid verwendet.As a diluent for the extractant carbon dioxide is preferably used.
Die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Trocknungseinrichtung zum Trocknen von Flüssigkeit/Schlamm.The liquid processing device preferably comprises a drying device for drying Liquid / sludge.
Die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung umfasst eine Verfestigungseinrichtung zum Verfestigen von Flüssigkeit/Schlamm.The liquid processing device comprises a solidification device for solidifying liquid / sludge.
Es ist bevorzugt, dass die Verfestigungseinrichtung in einem Behälter ein Gemisch aus einer Flüssigkeit, einem Schlamm, oder einem Gemisch davon und einem Verfestigungsmittel verfestigt.It is preferred that the solidification device in a container a mixture of a liquid, a sludge, or a mixture thereof and a solidifying agent solidified.
Erfindungsgemäß kann bei der Verarbeitung organischer Abfälle oder anorganischer Abfälle unter Verwendung eines Mediums im überkritischen Zustand die Ausfällung anorganischer Substanzen, die in den organischen Abfällen oder den anorganischen Abfällen enthalten sind, effektiv verhindert werden. Daher kann ein großes Abfallvolumen effektiv verarbeitet werden und der Konstruktionsaufwand für die Ausrüstung oder die Betriebskosten können drastisch vermindert werden.According to the invention during processing organic waste or inorganic waste using a medium in the supercritical state, the precipitation of inorganic Substances in organic waste or inorganic waste are effectively prevented. Therefore, a large volume of waste be processed effectively and the design effort for the equipment or the Operating costs can can be drastically reduced.
Verschiedene andere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlich und die neuen Merkmale werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargestellt.Various other tasks, advantages and features of the present invention will become apparent from the following detailed description clearly and the new features will be especially in the attached claims shown.
In den folgenden Ausführungsformen oder der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen werden die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wodurch eine mehrfache Beschreibung ausgeschlossen wird.In the following embodiments or the following description of the embodiments will be the same Elements designated by the same reference numerals, whereby a multiple description is excluded.
Ausführungsform 1Embodiment 1
Wie es in
Das so erzeugte Zersetzungsgas und
die Zersetzungsflüssigkeit
und die anorganischen Substanzen, wie z. B. Sulfat, die in den organischen
Abfällen
enthalten sind, werden zu einem Rückgewinnungsschritt
Gemäß dem Verfahren der Ausführungsform
In einem Teilzersetzungsschritt
Anschließend werden die in dem Schritt
3 erzeugten Produkte mit niedrigerem Molekulargewicht in einem Zersetzungs/Oxidationsschritt
Das so erzeugte Zersetzungsgas und
die Zersetzungsflüssigkeit
und das anorganische Material (Ionen) wie z. B. das Sulfat, das
in den organischen Abfällen
enthalten ist, werden zu dem Rückgewinnungsschritt
Bei dem herkömmlichen Verfahren können die in den organischen Abfällen enthaltenen organischen Materialien effektiv durch Oxidation zersetzt werden. Wenn in den organischen Abfällen jedoch anorganische Materialien vorliegen, dann bilden die anorganischen Materialien in dem überkritischen Zustand verglichen mit dem unterkritischen Zustand leichter Oxide und fallen aus.In the conventional method, the in organic waste contained organic materials effectively decomposed by oxidation become. If in organic waste, however, inorganic materials are present, then the inorganic materials form in the supercritical State compared to the subcritical state of light oxides and fall out.
Nachstehend wird eine Erläuterung
mit Blei als Beispiel angegeben.
Wenn daher organische Abfälle, die einen anorganischen Zusatz oder einen Organometallsalzzusatz umfassen, wie bei dem herkömmlichen Fall in Gegenwart eines Oxidationsmittels in einem überkritischen Zustand verarbeitet werden, dann fallen die anorganischen Materialien, die in dem anorganischen Zusatz oder dem Organometallsalzzusatz enthalten sind, als Oxide aus.Therefore, if organic waste that comprise an inorganic additive or an organometallic salt additive, like the conventional one Case in the presence of an oxidizing agent in a supercritical Processed state, then the inorganic materials fall, those in the inorganic additive or the organometallic salt additive are contained as oxides.
Da in dem Teilzersetzungsschritt
Danach können die organischen Materialien durch die Zugabe eines Oxidationsmittels in einem unterkritischen Zustand effektiv oxidiert und zersetzt werden (Schritt 4).After that, the organic materials by adding an oxidizing agent in a subcritical Condition is effectively oxidized and decomposed (step 4).
Wenn die organischen Materialien in dem überkritischen Wasser vor der Oxidation durch Zugeben eines Oxidationsmittels reagieren gelassen werden, werden Bindungen mit einer geringen Bindungsenergie in den organischen Materialien selektiv pyrolysiert oder hydrolysiert, so dass die organischen Materialien mit hohem Molekulargewicht zu Produkten mit niedrigerem Molekulargewicht zersetzt werden. Anschließend wird den organischen Materialien, die zu Produkten mit niedrigerem Molekulargewicht überführt worden sind, in einem unterkritischen Zustand ein Oxidationsmittel zugesetzt. In einem solchen Fall reagieren die organischen Materialien aufgrund ihres niedrigeren Molekulargewichts schnell mit Sauerstoff, wodurch der für die Oxidation erforderliche Zeitraum stark vermindert wird.If the organic materials in the supercritical React water before oxidation by adding an oxidizing agent are left, bonds with a low binding energy selectively pyrolyzed or hydrolyzed in the organic materials, so the organic high molecular weight materials too Lower molecular weight products are decomposed. Then the organic materials that have been converted to lower molecular weight products an oxidizing agent is added in a subcritical state. In such a case, the organic materials react due to their lower molecular weight quickly with oxygen, thereby the for the time required for oxidation is greatly reduced.
Daher können durch Halten der organischen Abfälle in einem unterkritischen Zustand für einen vorbestimmten Zeitraum nach dem Halten der organischen Abfälle in einem überkritischen Zustand für einen vorbestimmten Zeitraum effektiv zersetzt und oxidiert werden, während das Ausfällen der anorganischen Materialien verhindert wird.Therefore, by keeping the organic scraps in a subcritical state for a predetermined period of time after keeping the organic waste in a supercritical Condition for effectively decomposed and oxidized for a predetermined period of time, while the failures of inorganic materials is prevented.
Obwohl in der Ausführungsform
Die organischen Materialien werden im Allgemeinen zersetzt, wenn sie mit Radikalen reagieren. Das Hydroxy-Radikal (·OH: nachstehend als OH-Radikal bezeichnet) ist gegenüber den organischen Materialien besonders aktiv. Das OH-Radikal weist das in Gleichung I in einer sauren Lösung bei 25°C gezeigte Oxidations-Reduktionspotential auf und wird als Oxidationsmittel verwendet, das stärker ist als Ozon.The organic materials are generally decomposes when they react with radicals. The hydroxy radical (·OH: hereinafter referred to as OH radical) is special compared to the organic materials active. The OH radical demonstrates this in Equation I in an acidic solution 25 ° C shown Oxidation reduction potential and is used as an oxidizing agent used that stronger is as ozone.
Wenn Wasser in einem überkritischen Zustand und Sauerstoff reagieren, dann werden das OH-Radikal und das Hydroperoxid-Radikal (·O OH) erzeugt, wie es in Gleichung II gezeigt ist.If water in a supercritical State and oxygen react, then the OH radical and the hydroperoxide radical (· O OH) as shown in Equation II.
Gemäß dem Bericht von Baulch et
al. beträgt
die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Gleichung II bei 500°C lediglich
10-10,5 mol/s (Sauerstoff: 0,00631 mol,
Wasser: 6,31 mol). Ferner reagiert das Hydroperoxid-Radikal wie
es in Gleichung III gezeigt ist, wobei Wasserstoffperoxid und Sauerstoff
erzeugt werden, und das resultierende Wasserstoffperoxid wird weiter
unter Erzeugung des OH-Radikals gemäß Gleichung IV zersetzt.
Im Allgemeinen ist die Reaktion zwischen den Radikalen selbst schnell, wobei die Zersetzungsreaktion des Wasserstoffperoxids bei einer Temperatur von 100°C oder mehr leicht stattfindet. Folglich ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Gleichungen III und IV hoch.Generally the reaction is between the radicals themselves quickly, the decomposition reaction of the Hydrogen peroxide easily takes place at a temperature of 100 ° C or more. Hence the reaction rate of Equations III and IV high.
Wenn in dem überkritischen Wasser eine organische Substanz in Gegenwart von Sauerstoff zersetzt wird, dann wird die Reaktion der Gleichung II zu dem geschwindigkeitsbestimmenden Schritt. Wenn das OH-Radikal daher direkt durch Zugabe von Wasserstoffperoxid erzeugt wird, kann die Zersetzungsreaktion der organischen Substanz effektiv stattfinden.If an organic in the supercritical water Substance is decomposed in the presence of oxygen, then the Response of equation II to the rate-determining step. If the OH radical is therefore directly by adding hydrogen peroxide is generated, the decomposition reaction of the organic substance take place effectively.
Nachstehend wurde Polyethylen gemäß dem Verfahren
der Ausführungsform
Einem Reaktor (5,6 ml) wurden 10 mg Polyethylen, an dem 2 mg Ce in Form von Cersulfat anhafteten, und 2 ml Wasser zugesetzt und es wurde eine Umsetzung bei einer Temperatur von 400°C und einem Druck von 30 MPa für 30 Minuten durchgeführt.A reactor (5.6 ml) was 10 mg of polyethylene to which 2 mg of Ce adhered in the form of cerium sulfate, and 2 ml of water was added and there was reaction at one temperature of 400 ° C and a pressure of 30 MPa for 30 minutes.
Nach der Rückführung des Systems auf Raumtemperatur und Atmosphärendruck waren 99 % oder mehr des Polyethylens, das ursprünglich als Feststoff vorlag, zu Alkanen und Alkenen (C = 1 bis 30) zersetzt worden und lagen in der Gasphase oder der flüssigen Phase vor.After returning the system to room temperature and atmospheric pressure were 99% or more of the polyethylene that was originally a solid, to alkanes and alkenes (C = 1 to 30) and were in the gas phase or the liquid Phase before.
Dem Reaktionsprodukt wurden 0,3 g Wasserstoffperoxid und 1,6 g Wasser (insgesamt 3,6 g) zugesetzt und 30 Minuten bei einer Temperatur von 350°C und einem Druck von 30 MPa gehalten. Nach der Umsetzung wurde das System auf Raumtemperatur und Atmosphärendruck zurückgeführt und anschließend wurde der Gehalt an organischem Kohlenstoff in der Gasphase und der flüssigen Phase gemessen, wobei sich zeigte, das 99% oder mehr der organischen Materialien zu CO2 und H2O oxidiert und zersetzt worden waren.0.3 g of hydrogen peroxide and 1.6 g of water (3.6 g in total) were added to the reaction product and kept at a temperature of 350 ° C. and a pressure of 30 MPa for 30 minutes. After the reaction, the system was returned to room temperature and atmospheric pressure, and then the organic carbon content in the gas phase and the liquid phase was measured, whereby 99% or more of the organic materials were found to be oxidized and decomposed to CO 2 and H 2 O. had been.
Die Zersetzungsflüssigkeit wurde filtriert und der Cergehalt in dem Filtrat wurde mittels ICP (induktiv gekoppelte Plasmaspektroskopie) gemessen. Ferner wurde nach dem Auflösen des Filters in einer Säure der Cergehalt unter Verwendung von ICP in der gleichen Weise wie vorstehend gemessen, wobei kein Niederschlag gefunden wurde. Folglich lag das gesamte Cer in Form von Ionen vor, und war nicht als Oxid ausgefallen.The decomposition liquid was filtered and the cerium content in the filtrate was determined by means of ICP (inductively coupled Plasma spectroscopy). Furthermore, after the dissolution of the Filters in an acid the cerium content using ICP in the same way as Measured above, whereby no precipitate was found. consequently all of the cerium was in the form of ions and was not as an oxide failed.
Zum Vergleich wurde Polyethylen in Gegenwart eines Oxidationsmittels in herkömmlicher Weise in dem überkritischen Wasser zersetzt.For comparison, polyethylene was used in Presence of an oxidant in the conventional manner in the supercritical Water decomposes.
10 mg Polyethylen, an dem 2 mg Ce in Form von Cersulfat anhafteten, 2 ml Wasser und 0,3 g Wasserstoffperoxid wurden einem Reaktor (5,6 ml) zugesetzt, und das resultierende Gemisch wurde 30 Minuten bei einer Temperatur von 400°C unter einem Druck von 30 MPa reagieren gelassen.10 mg polyethylene, on which 2 mg Ce adhered in the form of cerium sulfate, 2 ml of water and 0.3 g of hydrogen peroxide were added to a reactor (5.6 ml) and the resulting mixture was 30 minutes at a temperature of 400 ° C under a pressure of 30 MPa reacted calmly.
Als Ergebnis wurden 99% oder mehr des Polyethylens zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert und zersetzt. Die Hälfte des Cers fiel als Oxid aus.As a result, 99% or more of polyethylene is oxidized and decomposed to carbon dioxide and water. The half the cerium precipitated as an oxide.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, das gemäß dem Verfahren der Ausführungsform 1 die organischen Abfälle ohne Ausfällen der anorganischen Materialien effektiv zersetzt wurden.From the above it can be seen that according to the procedure the embodiment 1 organic waste without failures of the inorganic materials were effectively decomposed.
Beispiel 1 das für das Verständnis der Erfindung nützlich istExample 1 that for understanding the Invention useful is
Gemäß dem Verfahren des ersten
Beispiels, das für
das Verständnis
der Erfindung nützlich
ist, wird in dem herkömmlichen
Schritt zur Herstellung des überkritischen
Mediums
Gemäß Smith et al. wird ein metallisches Element in einer Salpetersäure-Abfallflüssigkeit und bei hoher Temperatur und einem hohen Druck gemäß Gleichung V hydrolysiert und danach gemäß Gleichung VI pyrolysiert, wodurch es schließlich in das Oxid umgewandelt wird.According to Smith et al. becomes a metallic Element in a nitric acid waste liquid and at high temperature and pressure according to the equation V hydrolyzed and then according to the equation VI pyrolyzed, eventually converting it to the oxide becomes.
Da die gemäß Gleichung V erzeugte Salpetersäure unter
Erzeugung von NOx-Gas und Sauerstoff pyrolysiert
wird, wird das Oxid leicht gebildet.
Um eine solche Hydrolyse zu verhindern, muss das Gleichgewicht der Gleichung V auch durch den Zusatz einer Säure auf die linke Seite verschoben werden.To prevent such hydrolysis the equation of equation V must also be added by adding a Acid on the left side will be moved.
Die Wasserstoffionenkonzentration
des Wassers steht in einem engen Zusammenhang mit dem Ionenprodukt
des Wassers. In
Beispielsweise hat das Ionenprodukt des Wassers bei einem Druck von 25 MPa bei etwa 300°C den größten Wert von 10-11 (mol/kg)2. Daher beträgt die Wasserstoffionenkonzentration des überkritischen Wassers ohne gleichzeitiges Vorliegen einer Säure und dergleichen 3,3 × 10-6 mol/kg. Ferner wird unter den Bedingungen des überkritischen Wassers bei 374°C oder mehr das Ionenprodukt des Wassers kleiner als 10-11 (mol/kg)2, und beträgt insbesondere bei 600°C 10-24 (mol/kg)2. Daher erreicht die Wasserstoffionenkonzentration bei 600°C einen extrem kleinen Wert von 10-12 mol/kg verglichen mit der Wasserstoffionenkonzentration bei 300°C.For example, the ionic product of water at a pressure of 25 MPa at about 300 ° C has the largest value of 10 -11 (mol / kg) 2 . Therefore, the hydrogen ion concentration of the supercritical water without the presence of an acid and the like is 3.3 × 10 -6 mol / kg. Further, under the conditions of the supercritical water at 374 ° C or more, the ionic product of the water becomes less than 10 -11 (mol / kg) 2 , and is especially 10 -24 (mol / kg) 2 at 600 ° C. Therefore, the hydrogen ion concentration at 600 ° C reaches an extremely small value of 10 -12 mol / kg compared to the hydrogen ion concentration at 300 ° C.
In dem herkömmlichen Fall der Zersetzung der organischen Materialien mit dem überkritischen Wasser sind Bedingungen einer hohen Temperatur und eines relativ niedrigen Drucks (z. B. 600°C, 25 MPa) bevorzugt. Wenn daher die organischen Materialien, die anorganische Materialien umfassen, nur mit Wasser bei einer hohen Temperatur reagieren gelassen werden, wird die Wasserstoffionenkonzentration in dem Reaktor extrem klein, das Gleichgewicht der Gleichung V wird auf die rechte Seite verschoben, was zu einer Ausfällung der anorganischen Materialien als Oxide führt.In the conventional case of decomposition the organic materials with the supercritical water are conditions high temperature and relatively low pressure (e.g. 600 ° C, 25 MPa) preferred. Therefore, if the organic materials, the inorganic Include materials only with water at a high temperature be reacted, the hydrogen ion concentration extremely small in the reactor, the equilibrium of equation V becomes shifted to the right side, causing precipitation of the leads inorganic materials as oxides.
Um die Ionenkonzentration in dem überkritischen
Wasser zu erhöhen,
muss das Ionenprodukt zunehmen. Wie es in
Beispielsweise beträgt das Ionenprodukt bei 350°C und 50 MPa 10-12 (mol/kg)2, das verglichen mit dem Ionenprodukt bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck 10-14 (mol/kg)2 100 mal größer ist. Die Wasserstoffionenkonzentration liegt jedoch bei einem Wert von 10-6 mol/kg. Es ist folglich unmöglich, durch Auswahl der Temperatur und des Drucks die Wasserstoffionenkonzentration in dem überkritischen Wasser stark zu erhöhen. Daher wird in dieser Ausführungsform die Wasserstoffionenkonzentration durch die Zugabe einer Säure zu dem überkritischen Wasser eingestellt, um so die Ausfällung von Oxiden zu verhindern.For example, the ion product at 350 ° C. and 50 MPa is 10 -12 (mol / kg) 2 , which is 10 -14 (mol / kg) 2 100 times larger compared to the ion product at room temperature and atmospheric pressure. However, the hydrogen ion concentration is around 10 -6 mol / kg. It is therefore impossible to greatly increase the hydrogen ion concentration in the supercritical water by selecting the temperature and the pressure. Therefore, in this embodiment, the hydrogen ion concentration is adjusted by adding an acid to the supercritical water so as to prevent the precipitation of oxides.
Mit dem Verfahren dieses Beispiels, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, wurden die Bedingungen zur Verhinderung einer Ausfällung des Oxids durch die Zugabe einer Säure zu dem überkritischen Wasser untersucht.With the procedure of this example, that for understanding of the invention useful the conditions for preventing precipitation of the Oxides by adding an acid to the supercritical water examined.
Um die Wasserstoffionenkonzentration des Wassers auf 10-4 mol/kg einzustellen, wurden dem Wasser 5 × 10-5 mol/kg Schwefelsäure zugesetzt.In order to adjust the hydrogen ion concentration of the water to 10 -4 mol / kg, 5 × 10 -5 mol / kg sulfuric acid were added to the water.
Das so erhaltene Medium und Cernitrat (1 mg bezogen auf Cer) wurden gemischt und 30 Minuten bei 400°C, 25 MPa reagieren gelassen. Nach der Umsetzung wurde das System auf Raumtemperatur und Atmosphärendruck zurückgeführt und anschließend wurde die Zersetzungsflüssigkeit filtriert. Der Cergehalt in dem Filtrat wurde mittels ICP gemessen. Ferner wurde das Filtrierpapier in einer Säure gelöst und der Cergehalt wurde entsprechend mit ICP gemessen, um das Vorliegen des Niederschlags zu bewerten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.The medium and cerium nitrate thus obtained (1 mg based on cerium) were mixed and 30 minutes at 400 ° C, 25 MPa reacted calmly. After the implementation, the system was at room temperature and atmospheric pressure returned and subsequently became the decomposition liquid filtered. The cerium content in the filtrate was measured by ICP. Furthermore, the filter paper was dissolved in an acid and the cer content was raised measured accordingly with ICP to determine the presence of precipitation to rate. The results are shown in Table 1.
Ferner sind als herkömmliche Beispiele das Ergebnis, das durch Verwenden nur von Wasser, das keine Schwefelsäure enthält, als Medium und das Ergebnis angegeben, das durch Verwenden eines Mediums erhalten wird, das mit 5 × 10-6 mol Schwefelsäure, nämlich 5 × 10-5 mol als Wasserstoffionenkonzentration pro 1 kg Wasser.Further, as conventional examples, the result given by using only water containing no sulfuric acid as a medium and the result obtained by using a medium containing 5 × 10 -6 mol of sulfuric acid, namely 5 × 10 - 5 mol as hydrogen ion concentration per 1 kg of water.
Wie es aus Tabelle 1 ersichtlich ist, wird im Gegensatz zu den herkömmlichen Beispielen, bei denen 100% Cer als Ceroxid ausfiel, die Ausfällungsrate 0% und das gesamte Cer verblieb in der flüssigen Phase in einem gelösten Zustand, wenn 5 × 10-5 mol Schwefelsäure zugesetzt wurden. Wenn 5 × 10-6 mol Schwefelsäure zugesetzt werden, fallen 70% des Cers aus.As can be seen from Table 1, in contrast to the conventional examples in which 100% of cerium precipitated as cerium oxide, the precipitation rate became 0% and all of the cerium remained in a dissolved state in the liquid phase when 5 × 10 -5 mol Sulfuric acid were added. If 5 × 10 -6 mol of sulfuric acid are added, 70% of the cerium precipitates.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass dann, wenn die Säure zur Einstellung der Wasserstoffionenkonzentration auf 10-4 mol/kg zugesetzt wurde, das Cer nicht ausfiel.From the above, it can be seen that when the acid was added to adjust the hydrogen ion concentration to 10 -4 mol / kg, the cerium did not precipitate out.
Tabelle 1 Table 1
Ein anorganisches Material wird zum Oxid oxidiert, wenn Sauerstoff vorliegt. In dem Verfahren dieses Beispiels wurden die Bedingungen untersucht, bei denen ein organisches Material ohne die Ausfällung eines anorganischen Materials zersetzt werden kann, und zwar selbst dann, wenn das Medium ein Oxidationsmittel enthält.An inorganic material becomes Oxide oxidizes when there is oxygen. In the procedure of this example the conditions were examined in which an organic material without the precipitation of an inorganic material can be decomposed itself when the medium contains an oxidizing agent.
1 kg Wasser wurden 5 × 10-3 mol Schwefelsäure zugesetzt. Bei der Messung mittels ICP zeigte sich, dass sich der prozentuale Anteil der Cer-Ausfällung mit steigender Oxidationsmittelzugabe erhöhte. Insbesondere dann, wenn das Oxidationsmittel in einer Menge des 600-fachen (0,3 g Wasserstoffperoxid) des stöchiometrischen Werts (unter der Annahme, dass sich Cer in Cerdioxid umwandelt) zugesetzt wurde, fielen 97% des Cers aus.5 × 10 -3 mol of sulfuric acid were added to 1 kg of water. When measured using ICP, it was found that the percentage of cerium precipitation increased with increasing addition of oxidizing agent. Especially when the oxidizing agent was added in an amount of 600 times (0.3 g hydrogen peroxide) the stoichiometric value (assuming that cerium converts to ceria), 97% of the cerium precipitated.
Wenn daher ein Oxidationsmittel vorliegt, muss die Menge der zugesetzten Säure erhöht werden, wenn die Menge des Oxidationsmittels zunimmt.So if there is an oxidizer, must be the amount of acid added elevated become when the amount of the oxidizing agent increases.
In der Tabelle 2 sind die Ergebnisse gezeigt, die durch Zugeben des 4-fachen der stöchiometrischen Menge des Oxidationsmittels zu Cernitrat (1 mg bezogen auf Cer) und Reagierenlassen des resultierenden Gemischs bei 400°C, 30 MPa für 30 Minuten erhalten werden. Wenn 5 × 10-2 mol/kg Schwefelsäure dem Wasser zugesetzt wurden, dann betrug die Ausfällungsrate des Cers 0%.Table 2 shows the results obtained by adding 4 times the stoichiometric amount of the oxidizing agent to cerium nitrate (1 mg based on cerium) and allowing the resulting mixture to react at 400 ° C, 30 MPa for 30 minutes. When 5 × 10 -2 mol / kg of sulfuric acid was added to the water, the rate of precipitation of the cerium was 0%.
Daher ist ersichtlich, das in Gegenwart eines Oxidationsmittels 5 × 10-2 mol Schwefelsäure (als Wasserstoffionenkonzentration; 10-1 mol) 1 kg Wasser zugesetzt werden müssen.It can therefore be seen that in the presence of an oxidizing agent 5 × 10 -2 mol of sulfuric acid (as hydrogen ion concentration; 10 -1 mol) 1 kg of water must be added.
Tabelle 2 Table 2
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass selbst dann, wenn ein Oxidationsmittel vorliegt, ein organisches Material ohne Ausfällung anorganischer Materialien zersetzt werden kann, wenn eine Säure so zugesetzt wird, dass die Wasserstoffionenkonzentration 10-1 mol pro 1 kg des Mediums beträgt.From the above, it can be seen that even if an oxidizing agent is present, an organic material can be decomposed without precipitation of inorganic materials if an acid is added so that the hydrogen ion concentration is 10 -1 mol per 1 kg of the medium.
Ferner wurden in dem Verfahren dieses Beispiels Fälle untersucht, bei denen Salze anorganischer Materialien, die von Nitrat verschieden waren, in die organischen Abfälle einbezogen wurden.Furthermore, in the process this Examples of cases examined in which salts of inorganic materials by nitrate were different, in which organic waste was included.
Zur Herstellung der jeweiligen Proben wurde Cernitrat-, Sulfat-, Chlorid-, Phosphat- und Oxid (1 mg bezogen auf Cer) und ein Oxidationsmittel in der 4-fachen Menge des stöchiometrischen Werts zugesetzt. Als Medium wurde Wasser verwendet, das 5 × 10-2 mol/kg Schwefelsäure enthielt. Jedes Gemisch des Mediums und der Probe wurde 30 Minuten bei 400°C, 30 MPa umgesetzt.To prepare the respective samples, cerium nitrate, sulfate, chloride, phosphate and oxide (1 mg based on cerium) and an oxidizing agent were added in 4 times the stoichiometric value. Water containing 5 × 10 -2 mol / kg sulfuric acid was used as the medium. Each mixture of the medium and the sample was reacted at 400 ° C, 30 MPa for 30 minutes.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.The results are in Table 3 shown.
In den Fällen des Nitrats, Sulfats, Chlorids, und Phosphats wurde durch Messung mittels ICP festgestellt, dass die Cer-Menge, die als Ionen in Wasser vorlag, 100% betrug, wodurch die Ausfällungsrate des Cers bei 0% lag. Ferner wurden 50% des Oxids, das ursprünglich als Feststoff vorlag, in der Flüssigkeit gelöst, was bedeutet, dass selbst dann ein Oxid in der flüssigen Phase rückgewonnen werden kann, wenn die Menge des Oxids gering ist.In the case of nitrate, sulfate, Chloride and phosphate was determined by measurement using ICP, that the amount of cerium that was present as ions in water was 100%, causing the precipitation rate of the cerium was 0%. Furthermore, 50% of the oxide, originally called Solid was present in the liquid solved, which means that even then an oxide in the liquid phase recovered if the amount of the oxide is small.
Tabelle 3 Table 3
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, das gemäß diesem Beispiel das organische Material ohne Ausfällen des anorganischen Materials nicht nur dann zersetzt wird, wenn Nitrat enthalten ist, sondern auch dann, wenn Sulfat, Chlorid, Phosphat oder Oxid enthalten ist.From the above it can be seen that according to this Example the organic material without precipitation of the inorganic material is not only decomposed if nitrate is contained, but even if it contains sulfate, chloride, phosphate or oxide.
Beispielsweise können bei der Verarbeitung organischer Abfälle, die ein Oxid von Plutonium umfassen, mit dem Vefhahren dieses Beispiels die organischen Abfälle (z .B. Gewebe, Handschuhe usw.), die mit Plutonium kontaminiert sind, zu alphastrahlungsfreien Abfällen umgewandelt werden (d.h. die Abfälle umfassen nur Elemente, die keine Alphastrahlen emittieren), da das Plutonium in Form von Ionen in der Flüssigkeit zurückgewonnen werden kann. Dadurch können die Verarbeitungskosten vermindert werden.For example, organic waste comprising an oxide of plutonium using the method of this example the organic waste (e.g. tissues, gloves, etc.) contaminated with plutonium are converted to alpha radiation-free waste (i.e. The trash only include elements that do not emit alpha rays) since the Plutonium is recovered in the form of ions in the liquid can be. This allows the processing costs are reduced.
Ferner wird in dem Verfahren dieses Beispiels untersucht, ob organische Abfälle ohne Ausfällen anorganischer Materialien verarbeitet werden können oder nicht und zwar durch Ver- wendung von Schwefelsäure und Chlorwasserstoffsäure als anorganische Säuren zum Einstellen der Wasserstoffionenkonzentration des Mediums.Furthermore, in the process this For example, investigated whether organic wastes without inorganic failures Materials can be processed or not and by use of sulfuric acid and Hydrochloric acid as inorganic acids for setting the hydrogen ion concentration of the medium.
Als Medien wurden 5 × 10-2 mol Schwefelsäure, 1 × 10-1 mol Chlorwasserstoffsäure und 1 × 10-1 mol Salpetersäure jeweils 1 kg Wasser zugesetzt. Cernitrat (1 mg bezogen auf Cer) und ein Oxidationsmittel in der 4-fachen Menge des stöchiometrischen Werts wurden jedem Medium zugesetzt, worauf 30 Minuten bei 400°C, 30 MPa umgesetzt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.5 × 10 -2 mol of sulfuric acid, 1 × 10 -1 mol of hydrochloric acid and 1 × 10 -1 mol of nitric acid were added to 1 kg of water as media. Cerium nitrate (1 mg based on cerium) and an oxidizing agent in 4 times the stoichiometric value were added to each medium, followed by reaction at 400 ° C., 30 MPa for 30 minutes. The results are shown in Table 4.
Bei der Messung mittels ICP zeigte sich, dass Cer in dem Medium, das Schwefelsäure enthielt und in dem Medium, das Chlorwasserstoffsäure enthielt, nicht ausfiel.When measuring using ICP showed that cerium in the medium containing sulfuric acid and in the medium the hydrochloric acid contained, did not fail.
In dem Medium, das Salpetersäure enthielt, wurden jedoch 100% des Cers ausgefällt. Es wird angenommen, das aufgrund einer Pyrolyse bei einer hohen Temperatur im Fall von Salpetersäure die Wasserstoffionenkonzentration 10-4 mol oder weniger pro 1 kg Wasser betrug, wodurch die Löslichkeit des anorganischen Materials abnahm, was zu einer Ausfällung von Cer führte.However, 100% of the cerium was precipitated in the medium containing nitric acid. It is believed that due to pyrolysis at a high temperature in the case of nitric acid, the hydrogen ion concentration was 10 -4 mol or less per 1 kg of water, whereby the solubility of the inorganic material decreased, resulting in the precipitation of cerium.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass dann, wenn Schwefelsäure oder Chlorwasserstoffsäure als anorganische Säure verwendet wird, die organischen Abfälle ohne Ausfällen anorganischer Materialien zersetzt werden.From the above it can be seen that when sulfuric acid or hydrochloric acid as inorganic acid is used, the organic waste without precipitation of inorganic Materials are decomposed.
Tabelle 4 Table 4
Ausführungsform 2Embodiment 2
Eine Abfallverarbeitungsvorrichtung
dieser Ausführungsform
weist einen Reaktor
Die Rückgewinnungseinrichtung
Die Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung
In dieser Ausführungsform sind der Reaktor
Die verarbeiteten Abfälle sind nicht speziell auf einen bestimmten Typ beschränkt. Mit dieser Vorrichtung können verschiedene organische Abfälle verarbeitet werden, die ein Harz und dergleichen umfassen, sowie diejenigen, die mit einem radioaktiven Material und dergleichen kontaminiert sind.The processed wastes are not specifically limited to a particular type. With this device can various organic wastes processed, which include a resin and the like, as well those with a radioactive material and the like are contaminated.
Wenn organische Abfälle verarbeitet werden, die unlösliche Verunreinigungen wie z. B. Sand, Kieselsteine umfassen, oder organische Abfälle, wie z. B. ein Harz, das einen anorganischen Zusatz oder einen Organometallzusatz umfasst, kann in manchen Fällen die Ausfällung der anorganischen Materialien nicht verhindert werden, und zwar selbst dann nicht, wenn die organischen Substanzen in den Abfällen in einem überkritischen Zustand zu Substanzen mit niedrigerem Molekulargewicht zersetzt werden und anschließend in einem unterkritischen Zustand weiter zersetzt und oxidiert werden.When processing organic waste become the insoluble Impurities such as B. include sand, pebbles, or organic waste such as B. a resin, an inorganic additive or an organometallic additive includes, in some cases the precipitation of inorganic materials cannot be prevented, namely not even if the organic substances in the waste in a supercritical Condition decomposed to lower molecular weight substances and then are further decomposed and oxidized in a subcritical state.
In einem solchen Fall ist es bevorzugt,
die Menge der in einem Zeitraum verarbeiteten organischen Abfälle zu vermindern.
Ferner können
durch Anordnen einer Abtrenneinrichtung
Die in
In dieser Ausführungsform wird Wasser als überkritisches Medium verwendet. Es können jedoch auch andere Medien verwendet werden, wie z. B. Kohlendioxid, verschiedene Arten von Kohlenwasserstoffen oder Gemische davon.In this embodiment, water is considered supercritical Medium used. It can however other media are used, such as e.g. B. carbon dioxide, different types of hydrocarbons or mixtures thereof.
Obwohl in dieser Ausführungsform Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel verwendet wird, können auch andere Oxidationsmittel verwendet werden, wie beispielsweise Sauerstoff, Luft, Ozon oder Gemische davon.Although in this embodiment Hydrogen peroxide can also be used as an oxidizing agent other oxidizing agents are used, such as oxygen, Air, ozone or mixtures thereof.
Wasserstoffperoxid wird bevorzugt verwendet, da durch den Einsatz von Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel das organische Material effektiv zersetzt werden kann.Hydrogen peroxide is preferred used because of the use of hydrogen peroxide as an oxidizing agent the organic material can be effectively decomposed.
Ferner ist zur vollständigen Zersetzung des organischen Materials die zugesetzte Menge des Wasserstoffperoxids vorzugsweise mindestens die Menge, die zur Umwandlung der organischen Abfälle in Kohlendioxid und/oder Wasser erforderlich ist, und insbesondere das 1,2-bis 10-fache der Menge.Furthermore, complete decomposition of the organic material, the amount of hydrogen peroxide added preferably at least the amount necessary to convert the organic scraps in carbon dioxide and / or water is required, and in particular 1.2 to 10 times the crowd.
Bei der Verarbeitung organischer
Abfälle
mit dieser Vorrichtung wird von der Wasserzuführungseinrichtung
Die organischen Abfälle in dem
Reaktor
Das in dem Oxidationsreaktor
Die aufgrund der Zersetzung erzeugte
Feststoff/Flüssigkeitsphase
wird nach dem Trocknen in der Trocknungseinrichtung
Durch die Anordnung der Zuführungseinrichtung
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, können gemäß der Abfallverarbeitungsvorrichtung dieser Ausführungsform bei der Verarbeitung der organischen Abfälle unter Verwendung eines überkritischen Zustandes die anorganischen Materialien, die bisher problematisch waren, vor einer Ausfällung bewahrt werden.As described above is, can according to the waste processing device this embodiment when processing organic waste using a supercritical Condition the inorganic materials that were previously problematic were before a precipitation be preserved.
Daher können Schwierigkeiten, wie z. B. das Verstopfen des Reaktors aufgrund der Ausfällung anorganischer Materialien verhindert werden und die Betriebskosten und die Wartungskosten der Vorrichtung können dadurch reduziert werden. Wenn das anorganische Material ferner eine radioaktives Material enthält, dann kann ein Effekt dahingehend erwartet werden, dass die Exposition des Bedienpersonals vermindert wird.Therefore, difficulties such. B. Clogging of the reactor due to the precipitation of inorganic materials can be prevented and the operating costs and maintenance costs the device can thereby be reduced. If the inorganic material further contains radioactive material then an effect in that exposure can be expected of the operating personnel is reduced.
Darüber hinaus können durch Zusetzen von Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel OH-Radikale in einer kurzen Zeit erzeugt werden, wodurch eine große Menge organischer Substanzen in einem kurzen Zeitraum zersetzt werden können.In addition, by Add hydrogen peroxide as an oxidizing agent OH radicals in one generated for a short period of time, creating a large amount of organic substances can be decomposed in a short period of time.
Da die anorganischen Salze in einer ionischen Form ohne Oxidbildung zurückgewonnen werden können und die anorganischen Substanzen, die von Anfang an als Oxid vorliegen, in gewissem Maß in der flüssigen Phase zurückgewonnen werden können, können die organischen Abfälle homogen und einheitlich gemacht werden.Since the inorganic salts in one ionic form can be recovered without oxide formation and the inorganic substances that are present as an oxide from the start, to some extent in the liquid Recovered phase can be can the organic waste be made homogeneous and uniform.
Beispiel 2 das für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich istExample 2 that for understanding the present invention useful is
Eine Abfallverarbeitungsvorrichtung
des Beispiels 2, das zum Verständnis
der Erfindung nützlich
ist, weist einen Reaktor
Die Rückgewinnungseinrichtung
Als Säure, die von der Säurezuführungseinrichtung
Wie es in Beispiel 1 erwähnt worden ist, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, kann eine Ausfällung anorganischer Substanzen in dem überkritischen Wasser bei der Zersetzung der organischen Abfälle verhindert werden, wenn die Wasserstoffionenkonzentration des Wassers auf 10-4 mol/kg oder mehr eingestellt wird.As mentioned in Example 1 useful for understanding the invention, precipitation of inorganic substances in the supercritical water can be prevented in the decomposition of the organic wastes when the hydrogen ion concentration of the water is set to 10 -4 mol / kg or more becomes.
Abhängig von den Arten der organischen Abfälle ist es jedoch erforderlich, zu berücksichtigen, dass die Wasserstoffionenkonzentration des Wassers durch das Zersetzungsprodukt beeinflusst werden kann.Depending on the types of organic scraps however, it is necessary to take into account that the hydrogen ion concentration of the water can be influenced by the decomposition product.
Wenn ein Kunststoffbehälter, der aus Polyethylen bzw. aus Polyvinylchlorid besteht, in Gegenwart von Wasser bei einer Temperatur von 374°C oder mehr und einem Druck von 22,1 MPa oder mehr gehalten wird, dann wird das Polyethylen unter Erzeugung eines Alkohols oder einer organischen Säure hydrolysiert, während das Polyvinylchlorid neben einem Alkohol oder einer organischen Säure Chlorwasserstoffsäure erzeugt. Da der Chlorgehalt in dem Polyvinylchlorid 56 Gew.-% beträgt, ist dann, wenn 0,006 g Polyvinylchlorid 1 kg Wasser zugesetzt werden, die Wasserstoffionenkonzentration in dem Reaktor 10-4 mol/kg.When a plastic container made of polyethylene or polyvinyl chloride is kept in the presence of water at a temperature of 374 ° C or more and a pressure of 22.1 MPa or more, the polyethylene is produced to produce an alcohol or an organic one Acid hydrolyzes, while the polyvinyl chloride produces hydrochloric acid in addition to an alcohol or an organic acid. Since the chlorine content in the polyvinyl chloride is 56% by weight, when 0.006 g of polyvinyl chloride is added to 1 kg of water, the hydrogen ion concentration in the reactor is 10 -4 mol / kg.
Wenn daher 0,006 g oder mehr Polyvinylchlorid 1 kg Wasser zugesetzt werden, dann ist ein Säurezusatz nicht erforderlich. Da jedoch das Polyethylen keine Säure erzeugt, ist bei der Verarbeitung von Polyethylen eine Säurezugabe erforderlich, um eine Wasserstoffionenkonzentration von 10-4 mol/kg zu erhalten.Therefore, if 0.006 g or more of polyvinyl chloride is added to 1 kg of water, an acid addition is not necessary. However, since the polyethylene does not generate any acid, an addition of acid is required when processing polyethylene in order to obtain a hydrogen ion concentration of 10 -4 mol / kg.
Wenn Abfälle zersetzt werden, die Polyethylen, das keine Säure erzeugt, und Polyvinylchlorid umfassen, das Säure erzeugt, ist es durch Untersuchen des Mischverhältnisses erforderlich, die Säuremenge abzuschätzen, die aus den organischen Substanzen erzeugt wird.When waste is decomposed, the polyethylene, that is no acid generated, and include polyvinyl chloride that generates acid, it is by examination the mixing ratio required the amount of acid estimate which is generated from the organic substances.
In diesem Beispiel wird die Wasserstoffionenkonzentration
in dem Reaktor
Bei einem solchen System kann ungeachtet der Arten der organischen Abfälle die Wasserstoffionenkonzentration in dem Reaktor im optimalen Zustand gehalten werden.With such a system, regardless of the types of organic waste, the hydrogen ions concentration in the reactor are kept in optimal condition.
Ferner kann durch Zuführen der optimalen Menge der Säure gemäß der Arten der zu verarbeitenden Abfälle die Menge der zugeführten Säure beträchtlich vermindert werden.Furthermore, by feeding the optimal amount of acid according to the species of the waste to be processed the amount of feed Acidity considerable can be reduced.
Darüber hinaus kann aus den folgenden
Gründen
eine kompaktere Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung
Kohlendioxid wird in Wasser gelöst und bildet
Kohlensäure,
wie es in Gleichung VII gezeigt ist. In Wasser dissoziiert Kohlensäure in Ionen,
wie es in den Gleichungen VIII und IX gezeigt ist.
Um das Gleichgewicht der Gleichungen VII, VIII und IX auf die linke Seite der Gleichungen zu verschieben, so dass Kohlendioxid von Wasser getrennt wird, muss die Wasserstoffionenkonzentration in der wässrigen Lösung erhöht werden. Die Säuredissoziationskonstante der Gleichung VIII beträgt 10-3,6 mol/l bei 20°C. Die [HCO3 -/[H2CO3]-Verhältnisse sind in Tabelle 5 für verschiedene Wasserstoffionenkonzentrationen gezeigt.In order to shift the equilibrium of equations VII, VIII and IX to the left side of the equations so that carbon dioxide is separated from water, the concentration of hydrogen ions in the aqueous solution must be increased. The acid dissociation constant of equation VIII is 10 -3.6 mol / l at 20 ° C. The [HCO 3 - / [H 2 CO 3 ] ratios are shown in Table 5 for various hydrogen ion concentrations.
Da H2CO3 mit Kohlendioxid in der Gasphase im Gleichgewicht steht, wird die Abtrennung des Kohlendioxids von Wasser schwierig, wenn das Verhältnis von HCO3 , das in der flüssigen Phase gelöst ist, zu H2CO3 größer als 1 wird. Bei dem herkömmlichen Verfahren ist der Anteil von H2CO3 in der Flüssigkeit niedrig, da die Wasserstoffionenkonzentration der Flüssigkeit etwa 10-7 mol/kg beträgt. Um folglich Wasser und Kohlendioxid zu trennen, war eine große Menge Luft erforderlich, die im Kontakt mit dem Gemisch aus Wasser und Kohlendioxid stehen musste, wodurch entsprechend eine relativ große Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung erforderlich ist.Since H 2 CO 3 is in equilibrium with carbon dioxide in the gas phase, the separation of the carbon dioxide from water becomes difficult when the ratio of HCO 3 dissolved in the liquid phase to H 2 CO 3 becomes larger than 1. In the conventional method, the amount of H 2 CO 3 in the liquid is low because the hydrogen ion concentration in the liquid is about 10 -7 mol / kg. Consequently, in order to separate water and carbon dioxide, a large amount of air was required to be in contact with the mixture of water and carbon dioxide, which accordingly requires a relatively large gas-liquid separator.
Da jedoch die Wasserstoffionenkonzentration auf 10-4 mol/kg oder mehr erhöht wird, kann eine Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung verwendet werden, die kompakter ist, als die herkömmliche Trenneinrichtung, wodurch die Kosten der Ausrüstung vermindert werden. Ferner kann das Verarbeitungsvolumen in der Gasverarbeitungsleitung vermindert werden, da ein Luftzusatz nicht erforderlich ist. Folglich können die Kosten der Ausrüstung und die Betriebskosten vermindert werden.However, since the hydrogen ion concentration is increased to 10 -4 mol / kg or more, a gas-liquid separator which is more compact than the conventional separator can be used, thereby reducing the cost of the equipment. Furthermore, the processing volume in the gas processing line can be reduced since the addition of air is not required. As a result, the cost of the equipment and the operating cost can be reduced.
Tabelle 5 Table 5
Obwohl in diesem Beispiel die Wasserstoffionenkonzentration
in dem Reaktor
In einem solchen Fall kann nach dem
Berechnen der erforderlichen Menge der Säure bezogen auf die Art und
das Volumen des zu verarbeitenden Abfalls ein Gemisch aus Wasser
und der berechneten Menge der Säure
dem Reaktor
Die Wasserstoffionenkonzentration kann dadurch gesteuert werden, ohne die Wasserstoffionenkonzentration des Mediums in dem Reaktor direkt zu messen und eine Anordnung des pH-Messgeräts ist nicht erforderlich.The hydrogen ion concentration can be controlled without the hydrogen ion concentration to measure the medium in the reactor directly and an arrangement of the pH meter not necessary.
Wie es vorstehend erwähnt worden ist, wird die Wasserstoffionenkonzentration in der Verarbeitungsvorrichtung für organische Abfälle dieses Beispiels durch Einstellen der Zuführungsmenge der anorganischen Säure gemäß der Arten der organischen Abfälle in einem optimalen Zustand gesteuert, um ein Ausfallen des anorganischen Materials zu verhindern. Folglich kann die Verarbeitung selbst dann einfach durchgeführt werden, wenn die Abfälle verschiedene Arten organischer Materialien enthalten.As mentioned above, the hydrogen ion concentration in the processing The organic waste device of this example is controlled by adjusting the supply amount of the inorganic acid according to the types of the organic waste in an optimum state to prevent the inorganic material from falling out. As a result, the processing can be carried out easily even if the wastes contain various kinds of organic materials.
Ferner kann durch Einstellen der Menge der anorganischen Säure in Wasser auf 10-4 mol oder mehr pro 1 kg Wasser bezogen auf die Wasserstoffionenkonzentration die Ausfällung anorganischer Materialien ohne große Investitionen bezüglich der Ausrüstung effektiv verhindert werden. Ferner kann die Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung kompakt gemacht werden.Furthermore, by adjusting the amount of the inorganic acid in water to 10 -4 mol or more per 1 kg of water based on the hydrogen ion concentration, the precipitation of inorganic materials can be effectively prevented without much investment in equipment. Furthermore, the gas-liquid separation device can be made compact.
Gemäß diesem Beispiel können die organischen Abfälle zu homogenen und einheitlichen Abfallkörpern verarbeitet werden, da die anorganischen Salze in einer ionischen Form ohne Bildung von Oxiden zurückgewonnen werden können und selbst anorganische Materialien, die von Beginn an in einer Oxidform vorliegen, können in der Flüssigkeit in einem gewissen Maß zurückgewonnen werden.According to this example, the organic waste processed into homogeneous and uniform waste bodies, because the inorganic salts in an ionic form without the formation of Recovered oxides can be and even inorganic materials that have been in one from the start Can be in oxide form in the liquid recovered to a certain extent become.
Ausführungsform 3Embodiment 3
Eine Abfallverarbeitungsvorrichtung
dieser Ausführungsform
ist mit der Abfallverarbeitungsvorrichtung von Beispiel
Gemäß der Abfallverarbeitungsvorrichtung
dieses Beispiels werden die organischen Substanzen in dem Reaktor
Die Wasserstoffionenkonzentration
in dem Reaktor
Vorzugsweise enthalten die organischen Abfälle, die verarbeitet werden sollen, nicht viele Verunreinigungen, anorganische Zusätze oder organische Salzzusätze. Wenn die organischen Abfälle ein großes Volumen anorganischer Zusätze und dergleichen umfassen, dann sollte die Menge der organischen Abfälle, die pro Zeiteinheit verarbeitet werden sollen, abgesenkt werden. Es kann eine Trenneinrichtung zur Entfernung ausgefallener Substanzen angeordnet werden, so dass die während der überkritischen Verarbeitung erzeugten ausgefallenen Substanzen vor der unterkritischen Verarbeitung entfernt werden können.Preferably contain the organic waste not many impurities to be processed, inorganic additions or organic salt additives. If the organic waste a big Volume of inorganic additives and the like, then the amount of organic waste that are to be processed per unit of time can be reduced. There can be a separation device for removing failed substances be arranged so that during the supercritical Processing generated failed substances before the subcritical Processing can be removed.
Folglich können in der Verarbeitungsvorrichtung für organische Abfälle dieser Ausführungsform die anorganischen Materialien durch die Oxidation/Zersetzung in dem unterkritischen Zustand, nachdem die organischen Substanzen in dem überkritischen Wasser niedermolekularer gemacht worden sind, vor einem Ausfällen bewahrt werden.Consequently, in the processing device for organic scraps this embodiment the inorganic materials due to the oxidation / decomposition in the subcritical state after the organic substances in the supercritical Low molecular weight water has been saved from failure become.
Da die Verarbeitung in dem überkritischen Zustand und dem unterkritischen Zustand in dem gleichen Reaktor durchgeführt werden kann, können die Kosten für die Ausrüstung reduziert und auch der Betrieb vereinfacht werden.Because the processing in the supercritical State and the subcritical state in the same reactor carried out can be the price for equipment reduced and the operation can be simplified.
Ferner können durch Einstellen der Wasserstoffionenkonzentration auf 10-4 mol pro 1 kg Wasser die anorganischen Substanzen effektiv vor einer Ausfällung bewahrt werden.Furthermore, by adjusting the hydrogen ion concentration to 10 -4 mol per 1 kg of water, the inorganic substances can be effectively prevented from being precipitated.
Durch Einstellen der Zuführungsmenge der anorganischen Säure gemäß der Art und des Volumens der organischen Abfälle und des Volumens des Oxidationsmittels kann die Wasserstoffionenkonzentration in einem optimalen Zustand gesteuert werden, und zwar selbst dann, wenn die Abfälle verschiedene Arten organischer Substanzen enthalten.By adjusting the supply amount of inorganic acid according to Art and the volume of the organic waste and the volume of the oxidizing agent can maintain the hydrogen ion concentration in an optimal state be controlled, even if the wastes are different Contain types of organic substances.
Daher können Schwierigkeiten, wie z. B. ein Verstopfen des Reaktors aufgrund einer Ausfällung anorganischer Materialien verhindert werden, und die Betriebskosten sowie die Wartungskosten der Vorrichtung können vermindert werden. Wenn die anorganischen Materialien ferner ein radioaktives Material enthalten, kann das Bedienpersonal eine Verminderung des Aussetzens gegenüber der Strahlung erwarten.Therefore, difficulties such. B. clogging of the reactor due to inorganic precipitation Materials are prevented, and the operating costs as well Maintenance costs of the device can can be reduced. If the inorganic materials are also a contain radioactive material, the operating personnel can make a reduction of exposure to of radiation.
Ferner kann durch die Zugabe des Oxidationsmittels ein großes Volumen organischer Materialien in kurzer Zeit verarbeitet werden.Furthermore, by adding the Oxidizer a big one Volume of organic materials can be processed in a short time.
Da die anorganischen Salze in einer ionischen Form ohne Umwandlung in eine Oxidform zurückgewonnen werden können und die anorganischen Materialien, die von Beginn an in einer Oxidform vorlagen, in der flüssigen Phase in einem gewissen Maß zurückgewonnen werden können, können die organischen Abfälle zu homogenen und einheitlichen Abfallkörpern verarbeitet werden.Since the inorganic salts in one ionic form recovered without conversion to an oxide form can be and the inorganic materials from the start in an oxide form templates in the liquid Phase recovered to a certain extent can be can the organic waste too homogeneous and uniform waste bodies are processed.
Beispiel 3, das für das Verständnis der Erfindung nützlich istExample 3 that is for understanding the Invention useful is
Eine Abfallverarbeitungsvorrichtung
dieses Beispiels weist den gleichen Aufbau auf, wie die Vorrichtung
der Ausführungsform
3, jedoch ist anstelle der Zuführungseinrichtung
Die anorganischen Abfälle können auch
ohne die Anordnung der Zuführungseinrichtung
für die
anorganischen Abfälle
Als zu verarbeitendes Material sind die Abfälle bevorzugt, die nur anorganische Materialien umfassen, z. B. können verfestigte Körper verarbeitet werden, die alphastrahlende Abfälle umfassen. Die Materialien sind jedoch nicht auf die vorstehenden Materialien beschränkt und Abfälle, die organische Materialien umfassen, können ebenfalls verarbeitet werden.As material to be processed The trash preferred which comprise only inorganic materials, e.g. B. can solidified body processed, which include alpha-emitting waste. The materials however, are not limited to the above materials and waste which include organic materials can also be processed become.
Wenn die anorganischen Abfälle, die
ein radioaktives Material, wie z. B. Alpha-Strahlenemittierende Radionuklide
oder Nitrat umfassen, mit der vorliegenden Vorrichtung verarbeitet
werden, wird Wasser als Medium dem Reaktor
Die Wasserstoffionenkonzentration
in dem Reaktor
Die anorganischen Abfälle werden
in dem überkritischen
Wasser in dem Reaktor
In diesem Beispiel können radioaktive Materialien (z. B. Alpha-Strahlen-emittierende Radionuklide, einschließlich Plutonium und dergleichen) in der flüssigen Phase ohne ausgefällt zu werden, zurückgewonnen werden, da die Wasserstoffionenkonzentration des Wassers auf 10-4 mol/kg eingestellt worden ist. Die Salpetersäure oder das Nitrat in den anorganischen Abfällen kann ohne ausgefällt zu werden, zersetzt und als Ammoniak in der Gasphase zurückgewonnen werden.In this example, radioactive materials (e.g., alpha-radiation emitting radionuclides including plutonium and the like) can be recovered in the liquid phase without being precipitated because the hydrogen ion concentration of the water has been adjusted to 10 -4 mol / kg , The nitric acid or nitrate in the inorganic wastes can be decomposed without being precipitated and recovered as ammonia in the gas phase.
Das erzeugte Fluid wird der Rückgewinnungseinrichtung
In der Ammoniakverarbeitungseinrichtung
In der Aggregations/Ausfällungseinrichtung
Wenn die Flüssigkeit ferner Ammoniak enthält, dann wird nach der Einstellung des pH-Werts auf 9 durch die Zugabe von Natriumhydroxid das Ammoniak aus der Flüssigkeit in die Gasphase abgegeben.If the liquid also contains ammonia, then after adjusting the pH to 9 by adding Sodium hydroxide released the ammonia from the liquid into the gas phase.
Das Bariumsulfat, das die ausgefallenen
Alpha-Strahlen-emittierenden Radionuklide umfasst, wird in der Trenneinrichtung
Neben Barium kann der Flüssigkeit zur Einstellung des pH-Werts auf 4 oder mehr Eisen zugesetzt werden, so dass die Alpha-Strahlen-emittierenden Radionuklide zusammen mit dem so erzeugten Eisenhydroxid ausfallen. Zusammen mit dem Eisenhydroxid können die Alpha-Strahlen-emittierenden Radionuklide zu verfestigten Zementkörpern verarbeitet werden. Zum Sammeln der Alpha-Strahlen-emittierenden Radionuklide kann auch eine gemeinsame Fällung mit Lanthanphosphat durchgeführt werden.In addition to barium, the liquid can to adjust the pH to 4 or more iron, so the alpha radiation emitting radionuclides along with the iron hydroxide produced in this way fail. Together with the iron hydroxide can the alpha rays emitting Radionuclides can be processed to solidified cement bodies. To the Collecting the alpha radiation emitting radionuclides can also a common precipitation performed with lanthanum phosphate become.
Die Flüssigkeit, aus der die Alpha-Strahlen-emittierenden
Radionuklide entfernt worden sind, wird in dem Trockner
Wie es vorstehend erwähnt worden ist, können anorganische Materialien, wie z. B. ein radioaktives Material und Nitrat in der Abfallverarbeitungsvorrichtung dieses Beispiels durch Steuern der Wasserstoffionenkonzentration des Mediums in dem überkritischen Zustand auf 10-4 mol pro 1 kg Wasser vor einer Ausfällung bewahrt werden. Daher können Schwierigkeiten wie z. B. eine Verstopfung des Reaktors aufgrund einer Ausfällung der anorganischen Materialien verhindert werden und die Betriebskosten sowie die Wartungskosten der Vorrichtung können vermindert werden. Darüber hinaus kann ein Reduktionseffekt der Exposition des Bedienpersonals erwartet werden.As mentioned above, inorganic materials such as. B. A radioactive material and nitrate in the waste processing apparatus of this example can be prevented from precipitation by controlling the hydrogen ion concentration of the medium in the supercritical state to 10 -4 mol per 1 kg of water. Therefore, difficulties such. B. blockage of the reactor due to precipitation of the inorganic materials can be prevented and the operating costs and the maintenance costs of the device can be reduced. In addition, a reduction effect of operator exposure can be expected.
Gemäß diesem Beispiel umfassen die verfestigten Körper der alphastrahlenden Abfälle kein Nitrat, da nahezu alle Nitrationen während der überkritischen Verarbeitung zu Stickstoff zersetzt werden. Daher wird selbst dann, wenn die verfestigten Körper unter der Erde einer reduzierenden Atmosphäre ausgesetzt sind, kein Ammoniak erzeugt und die radioaktiven Materialien, wie z. B. Plutonium können vor einem Auswaschen aus dem verfestigten Körpern bewahrt werden.According to this example, include the solidified body of alpha-emitting waste no nitrate, as almost all nitrate ions during supercritical processing be decomposed to nitrogen. Therefore, even if the solidified body exposed to a reducing atmosphere underground, no ammonia generated and the radioactive materials such. B. Plutonium can before washing out of the solidified bodies are prevented.
Ferner kann der nicht-alphastrahlende verfestigte Körper, der durch Verfestigen der Flüssigkeit/des Schlamms erhalten wird, von der bzw. dem die Alpha-Strahlen-emittierenden Radionuklide entfernt worden sind, in einer Schicht in ziemlich geringer Tiefe deponiert werden und somit kann die Entsorgung der Abfälle vereinfacht werden. Die in einer tiefen Schicht deponierten Abfälle können dadurch vermindert werden, was zu einer Reduktion der Entsorgungskosten führt.Furthermore, the non-alpha emitter solidified body, by solidifying the liquid / sludge is obtained from which the alpha-radiation emitting Radionuclides have been pretty much removed in one layer shallow depth can be deposited and thus the disposal of the Waste simplified become. This means that the waste deposited in a deep layer can be reduced, resulting in a reduction in disposal costs leads.
Wenn beispielsweise ein verfestigter Glaskörper durch Rückgewinnen der Alpha-Strahlenemittierenden Radionuklide (z. B. Plutonium) von einem verfestigten Körper hergestellt wird, der mit herkömmlichen Verfahren aus radioaktiven Abfällen erhalten wird, kann das Volumen der alphastrahlenden Abfälle beträchtlich vermindert werden.If, for example, a solidified vitreous through recovery the alpha radiation emitting radionuclides (e.g. plutonium) from a solidified body is manufactured with conventional Radioactive waste processes is obtained, the volume of the alpha-emitting waste can be considerably reduced become.
Gemäß diesem Beispiel werden die Alpha-Strahlen-emittierenden Radionuklide durch Ausfällen gesammelt. Es können jedoch nicht nur die Alpha-Strahlen-emittierenden Radionukli de, sondern auch anorganische Ionen, wie z. B. Metalle, die in der flüssigen Phase gelöst sind, ausgefällt werden.According to this example, the Alpha-radiation emitting radionuclides collected through failures. It can but not only the alpha radiation emitting radionuclides, but also inorganic ions, such as. B. Metals in the liquid phase solved are, failed become.
In der Abfallverarbeitungsvorrichtung der Ausführungsform 2 kann der identische Aufbau eingesetzt werden.In the waste processing device the embodiment 2, the identical structure can be used.
Ausführungsform 4Embodiment 4
Die Abfallverarbeitungsvorrichtung
dieser Ausführungsform
ist bezüglich
des Aufbaus mit der Abfallverarbeitungsvorrichtung der Ausführungsform
In der Abfallverarbeitungsvorrichtung
von Beispiel 2 oder der Ausführungsform
In der Abfallverarbeitungsvorrichtung
von Beispiel 3 können
die Zuführungseinrichtung
Die Heizeinrichtungen
Die in dem Oxidationsreaktor
Wenn die Zersetzung durch Zugabe von Sauerstoff zu einer organischen Substanz durchgeführt wird, wird Kohlenstoff in Kohlendioxid und Wasserstoff in Wasser umgewandelt. Unter überkritischen Wasserbedingungen wird die Trennung von Wasser und Kohlendioxid aufgrund des willkürlichen Mischens des Wassers, welches das Medium darstellt, und Kohlendioxid, das durch die Zersetzung erzeugt worden ist, schwierig. Wenn das aufgrund der Zersetzung gebildete Fluid jedoch auf Raumtemperatur gekühlt und auf Atmosphärendruck dekomprimiert wird, kann der größte Teil des Wassers und des Kohlendioxids getrennt werden.If the decomposition by adding is carried out from oxygen to an organic substance Carbon is converted to carbon dioxide and hydrogen to water. Under supercritical Water conditions will separate water and carbon dioxide because of the arbitrary Mixing the water, which is the medium, and carbon dioxide, created by the decomposition is difficult. If that fluid formed due to decomposition, however, to room temperature chilled and at atmospheric pressure can be decompressed, most of it of water and carbon dioxide are separated.
Folglich kann gemäß dieser Ausführungsform
die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden und die Betriebskosten
können
verglichen mit einer herkömmlichen
Chargenverarbeitung stark reduziert werden. Ferner kann die Gas-Flüssigkeits-Trennung
in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung
Ausführungsform 5Embodiment 5
Die Abfallverarbeitungsvorrichtung
dieser Ausführungsform
ist mit der Vorrichtung der Ausführungsform
2 identisch, jedoch ist diese Vorrichtung mit einem Temperatursensor
In der Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsformen
In
Es ist bevorzugt, die Beurteilung,
ob das Medium in dem Oxidationsreaktor
Wenn die Vorrichtung die Heizeinrichtungen
Ausführungsform 6Embodiment 6
Die Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsform
Die Abfallverarbeitungsvorrichtungen
der Ausführungsformen
Wenn organische Abfälle verarbeitet
werden, die durch radioaktive Materialien oder gefährliche
Substanzen kontaminiert sind, dann muss ein Austreten der radioaktiven
Materialien oder der gefährlichen
Substanzen nach außen
verhindert werden. Gemäß der Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsform
Ferner ist es bevorzugt, dass das Abdeckungselement, wie z. B. der Abzug oder der Handschuhkasten gemäß einer explosionsfesten Spezifikation hergestellt ist. Daher kann die Verarbeitung selbst dann durchgeführt werden, wenn flüchtige organische Substanzen, die zur Explosion neigen, während der Zersetzung der organischen Abfälle erzeugt werden, oder wenn flüchtige organische Substanzen, die zur Explosion neigen, an den organischen Abfällen haften.It is further preferred that the Cover element, such as. B. the trigger or the glove box according to one explosion-proof specification. Therefore, the processing performed even then be when volatile organic substances that tend to explode during the Decomposition of organic waste generated or if volatile organic substances that tend to explode on the organic waste be liable.
Gemäß dieser Ausführungsform kann der Maßstab der Ausrüstung verglichen mit dem Fall, bei dem die gesamte Vorrichtung innerhalb des Abdeckungselements angeordnet ist, kleiner gemacht werden, da ein Teil der Verarbeitungsvorrichtung innerhalb des Handschuhkastens angeordnet ist.According to this embodiment can be the yardstick the equipment compared to the case where the entire device is within of the cover member is made smaller because part of the processing device inside the glove box is arranged.
Ausführungsform 7Embodiment 7
Die Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsform
In der Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsformen
Im Allgemeinen wird das Löslichkeitsprodukt
Ks eines Salzes MnLm das
schwer löslich
ist, unter Verwendung der Aktivität als Gleichung X ausgedrückt.
Die Aktivität a wird als Gleichung XI mit
einem Aktivitätskoeffizienten γ und einer
Konzentration C ausgedrückt.
Wenn die Temperatur und der Druck feststehen, dann ist auch die Aktivität festgelegt und Ks hat entsprechend einen festen Wert. In einer verdünnten Lösung, bei der γ = 1 ist, wird die Aktivität a mit der Konzentration C identisch. Wenn jedoch die Ionenstärke zunimmt, dann wird γ zu γ < 1, was zu einer Zunahme der Konzentration C führt und die gelösten Ionen Mm+ und Ln- in der Lösung nehmen zu, wodurch die Löslichkeit zunimmt.When the temperature and pressure are fixed, the activity is also fixed and Ks has a fixed value accordingly. In a dilute solution where γ = 1, activity a becomes identical to concentration C. However, as the ionic strength increases, γ becomes γ <1, which leads to an increase in the concentration C, and the dissolved ions M m + and L n- in the solution increase, increasing the solubility.
Wenn daher ein neutrales Salz zugesetzt wird, nimmt die Löslichkeit des schwach löslichen Salzes zu, was zu einer Unterdrückung der Ausfällung führt.Therefore if a neutral salt is added solubility decreases of the slightly soluble Salt too, resulting in oppression the precipitation leads.
Als neutrales Salz wird vorzugsweise Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Natriumsulfat und Kaliumsulfat verwendet.As a neutral salt is preferred Sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, magnesium chloride, Sodium sulfate and potassium sulfate are used.
Gemäß dieser Ausführungsform kann durch den Zusatz eines neutralen Salzes die Ausfällung der anorganischen Substanz effektiver unterdrückt werden.According to this embodiment the addition of a neutral salt can precipitate the inorganic substance can be suppressed more effectively.
Ausführungsform 8Embodiment 8
Die Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsform
Bei der Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsformen
Anstelle einer Bestrahlungsvorrichtung kann eine UV-Strahlen-Bestrahlungsvorrichtung, die UV-Strahlen abstrahlt, verwendet werden.Instead of an irradiation device a UV radiation device that emits UV rays, be used.
Wenn Bestrahlungsstrahlen auf Wasser
eingestrahlt werden, dann wird ein OH-Radikal erzeugt, wie es in
der folgenden Gleichung XII gezeigt ist.
Das OH-Radikal ist ein starkes Oxidationsmittel, wie es in der Gleichung I gezeigt ist, wodurch die organischen Substanzen ohne den Einsatz eines Oxidationsmittels zersetzt werden können.The OH radical is a powerful oxidizer, as shown in equation I, which eliminates the organic substances can be decomposed without the use of an oxidizing agent.
Wenn ferner die UV-Strahlen oder
die Bestrahlungsstrahlen in Gegenwart eines Oxidationsmittels eingestrahlt
werden, kann diese Reaktion weiter beschleunigt werden. Beispielsweise
erzeugt Sauerstoff aufgrund der Strahlung Radikale und schließlich Wasserstoffperoxid.
Das Wasserstoffperoxid reagiert gemäß der folgenden Gleichung XIII
durch die Strahlung zur Erzeugung des OH-Radikals, was zur Zersetzung
der organischen Substanzen führt.
Ozon reagiert mit UV-Strahlen gemäß der folgenden
Gleichung XIV unter Erzeugung von Wasserstoffperoxid. Ferner reagiert
das Wasserstoffperoxid mit den UV-Strahlen gemäß Gleichung XIII zur Erzeugung
des OH-Radikals.
Ferner reagiert das gemäß der Gleichung
XII erzeugte Wasserstoffatom mit Sauerstoff gemäß der Gleichung XV zur Erzeugung
des Hydroperoxidradikals, wobei das Hydroperoxidradikal mit Ozon
gemäß Gleichung
XVI und der Erzeugung des OH-Radikals reagiert.
Daher kann aufgrund der Strahlung das OH-Radikal effektiver erzeugt werden, wodurch die organische Substanz effektiv zersetzt wird.Therefore, due to radiation the OH radical can be generated more effectively, making the organic Substance is effectively decomposed.
Wenn die Abfälle, welche das radioaktive Material umfassen, verarbeitet werden, ohne eine äußere Strahlungsquelle einzusetzen, kann das Strahlungsfeld leicht erzeugt werden. Folglich kann der vorstehend beschriebene Effekt ohne Bestrahlungsvorrichtung erhalten werden.If the waste, which is the radioactive Include material, be processed without an external radiation source the radiation field can be easily generated. consequently the effect described above can be done without an irradiation device be preserved.
Ausführungsform 9Embodiment 9
Die Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsform
Die identische Struktur kann in der
Abfallverarbeitungsvorrichtung der Ausführungsformen
Wenn beispielsweise Abfälle verarbeitet werden, die durch radioaktive Materialien kontaminiert sind, die von einer Wiederaufarbeitungsanlage erzeugt worden sind, dann gehen flüchtige Elemente, wie z. B. Technetium und Ruthenium in die Gasphase über.For example, when processing waste that are contaminated by radioactive materials that have been generated by a reprocessing plant, then go volatile Elements such as B. technetium and ruthenium in the gas phase.
Ruthenium geht als Rutheniumtetraoxid in die Gasphase über. Wenn jedoch eine organische Substanz vorliegt, dann wird Rutheniumtetraoxid zur Rutheniumdioxid (RuO2) reduziert. Da Rutheniumdioxid bei Raumtemperatur in fester Form vorliegt, kann es durch einen Filter entfernt werden.Ruthenium changes into the gas phase as ruthenium tetraoxide. However, if an organic substance is present, then ruthenium tetraoxide is reduced to ruthenium dioxide (RuO 2 ). Since ruthenium dioxide is in solid form at room temperature, it can be removed by a filter.
Ferner wird Technetium zu Ditechnetiumheptoxid
oder Pertechnetiumsäure
umgewandelt und geht in die Gasphase über. Wenn Technetium jedoch
mit Wasser in Kontakt ist, wie es in den Gleichungen XVII und XVIII
gezeigt ist, wird es in Wasser in einer ionischen Form gelöst.
Wenn daher ein Wäscher angeordnet wird, kann Technetium in einer Flüssigkeit zurückgewonnen werden.Therefore, if a washer is arranged, can Technetium in a liquid recovered become.
Um die Elemente, wie z. B. Technetium und dergleichen effektiver zurückzugewinnen, ist es bevorzugt, für den Wäscher eine von Wasser verschiedene alkalische Lösung, die Natriumhydroxid umfasst, oder Wasser einzusetzen, das ein Reduktionsmittel umfasst.To the elements such. B. Technetium and to recover it more effectively, it is preferred for the washer an alkaline solution other than water that includes sodium hydroxide, or use water that includes a reducing agent.
Wenn Technetium in Kontakt mit Wasser ist, dann löst es sich in Form negativer Ionen, wie es in den Gleichungen XVII und XVIII gezeigt ist. Da die negativen Ionen durch die Reaktion mit Natriumionen ein Salz erzeugen, kann Technetium in Form eines Salzes in der Lösung zurückgewonnen werden.When technetium comes in contact with water is, then solve it is in the form of negative ions, as described in equations XVII and XVIII is shown. Because the negative ions through the reaction Generate a salt with sodium ions Salt in the solution recovered become.
Ferner wird Technetium dann, wenn ein Reduktionsmittel vorliegt, von der Pertechnetiumsäure (VII-wertig) zu Technetiumdioxid (IV-wertig) reduziert. Da die Löslichkeit von Technetiumdioxid in Wasser bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck gering ist, kann Technetium in einer festen Form in Wasser zurückgewonnen werden.Technetium will also if there is a reducing agent from pertechnetic acid (VII-valent) reduced to technetium dioxide (IV-valuable). Because the solubility of technetium dioxide in water at room temperature and atmospheric pressure is low, technetium can be recovered in a solid form in water become.
Folglich können gemäß dieser Ausführungsform feste Komponenten oder flüchtige gefährliche Elemente, die aufgrund eines Mitreißens in die Gasphase übergehen, entfernt werden, und die mit radioaktiven Materialien kontaminierten Abfälle können sicher verarbeitet werden.Consequently, according to this embodiment solid components or volatile dangerous Elements that move into the gas phase due to entrainment removed, and those contaminated with radioactive materials scraps can processed safely.
Ausführungsform 10Embodiment 10
Die Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsform
Eine entsprechende Struktur kann
in der Abfallverarbeitungsvorrichtung der Ausführungsformen
Wenn die von der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung
Selbst wenn eine Feststoffsuspension
in der Flüssigkeit
enthalten ist, kann diese aufgrund des Rührens durch den Rühren
Wenn die Probeentnahme/Analyseeinrichtung
Ausführungsform 11Embodiment 11
Die Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsform
Die identische Struktur kann auf
die Abfallverarbeitungsvorrichtung der Ausführungsformen
Wenn beispielsweise radioaktive Feststoffabfälle verarbeitet werden, die Technetium umfassen, wird das Technetium in Ditechnetiumheptoxid umgewandelt und in die Gasphase abgegeben.For example, when processing radioactive solid waste that include technetium, the technetium becomes ditechnetium heptoxide converted and released into the gas phase.
Wenn jedoch nach der Rückgewinnung
der Zersetzungsprodukte in der Rückgewinnungseinrichtung
Folglich kann die Verfestigungsverarbeitung gemäß dieser Ausführungsform einfach in der Verfestigungseinrichtung durchgeführt werden, da die gefährliche Substanz, wie z. B. ein radioaktives Material, in der Flüssigkeit stabilisiert werden kann.Consequently, the solidification processing according to this embodiment can be easily carried out in the solidification device because the dangerous Substance, such as B. a radioactive material in the liquid can be stabilized.
Ausführungsform 12Embodiment 12
Die Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsform
Eine entsprechende Struktur kann
auf die Abfallverarbeitungsvorrichtung der Ausführungsformen
Wenn radioaktive Abfälle ohne
Kühlung
verarbeitet werden, dann siedet die Flüssigkeit leicht aufgrund der
Wärme der
radioaktiven Materialien in der Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung
Ausführungsform 13Embodiment 13
Die Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsform
Ein entsprechender Aufbau kann auf
die Abfallverarbeitungsvorrichtung der Ausführungsformen
Wenn beispielsweise Abfälle verarbeitet werden, die durch ein radioaktives Material kontaminiert sind, das von einer Wiederaufarbeitungsanlage erzeugt worden ist, gehen flüchtige Elemente wie Technetium und Ruthenium in die Gasphase über. Ein Teil davon verbleibt jedoch in der flüssigen Phase und das Technetium und das Ruthenium liegen in der Flüssigkeit als Pertechnetiumsäure und Rutheniumchloridkomplexe oder als Rutheniumnitrosylnitratokomplexe vor.For example, when processing waste that are contaminated by a radioactive material that volatile elements are produced by a reprocessing plant like technetium and ruthenium into the gas phase. Part of it remains however in the liquid Phase and the technetium and ruthenium are in the liquid as pertechnetic acid and ruthenium chloride complexes or as ruthenium nitrosyl nitrate complexes in front.
Die Pertechnetiumsäure, bei der es sich um ein Anion handelt, kann mit einem Anionen-Austauscher Harz entfernt werden und das Ruthenium, bei dem es sich um ein Kation handelt, kann mit einem Kationenaustauscherharz entfernt werden.The pertechnetic acid, which is an anion, can be used with an anion exchanger Resin can be removed and the ruthenium, which is a cation, can be removed with a cation exchange resin.
Folglich kann gemäß dieser Ausführungsform die verbleibende Lösung von dem System nach außen abgegeben werden, da die gefährlichen ionischen Komponenten, wie z. B. die radioaktiven Materialien, die in der Lösung der Zersetzungsprodukte enthalten sind, entfernt werden können, wodurch die Verarbeitungskosten der Abfälle entsprechend reduziert werden können.Accordingly, according to this embodiment the remaining solution released from the system to the outside be because the dangerous ionic components, such as. B. the radioactive materials that in the solution of the decomposition products contained can be removed, whereby the processing costs of the waste can be reduced accordingly.
Ferner werden als Folge der Entfernung der gefährlichen ionischen Komponente in der Flüssigkeit die flüssige Phase und die Feststoffphase in der Abfallflüssigkeitsbeschickung von der Flüssigkeitsverarbeitungsleitung zu der Verfestigungseinrichtung einheitlich und homogen. Durch Zusetzen des Verfestigungsmittels zu dieser Abfallflüssigkeit können mit einem einfachen Verfahren einheitliche und homogene verfestigte Körper erhalten werden, d.h. es können verfestigte Körper erhalten werden, die für eine Lagerung und für eine Verarbeitung stabil sind.Furthermore, as a result of the removal the dangerous ionic component in the liquid the liquid Phase and the solid phase in the waste liquid feed from the Liquid processing line uniform and homogeneous to the solidification device. By clogging of the solidifying agent to this waste liquid can be done with a simple procedure uniform and homogeneous solidified bodies are obtained, i.e. it can solidified body be obtained for a storage and for processing are stable.
Ausführungsform 14Embodiment 14
Die Abfallverarbeitungsvorrichtung
der Ausführungsform
Ein entsprechender Aufbau kann in
der Abfallverarbeitungsvorrichtung der Ausführungsformen
Beispielsweise sind in den radioaktiven Abfällen, die von einer Wiederaufarbeitungsanlage erzeugt werden, Kernbrennstoffsubstanzen wie Uran und Plutonium enthalten. Organische Abfälle, welche diese Elemente enthalten, werden dann, wenn sie verfestigt werden, zu alphastrahlenden Abfällen und die Verarbeitungskosten der verfestigten Körper erhöhen sich entsprechend. Folglich müssen diese Elemente aus den Abfällen entfernt werden.For example, in the radioactive waste produced by a reprocessing plant, nuclear fuel substances like uranium and plutonium. Organic waste containing these elements contained, then, when solidified, become alpha-radiating waste and the processing costs of the solidified bodies increase accordingly. consequently have to these items from the waste be removed.
Als Extraktionsmittel können eine neutrale Organophosphorverbindung, wie z. B. Tributylphosphat (nachstehend als TBP bezeichnet) und eine saure Organophosphorverbindung, wie z. B. Dihexylphosphorsäure (HDEHP) verwendet werden.An extracting agent can be a neutral organophosphorus compound, such as. B. Tributyl phosphate (below referred to as TBP) and an acidic organophosphorus compound, such as z. B. dihexylphosphoric acid (HDEHP) can be used.
In
Wenn die in der Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung
zurückzugewinnende
Flüssigkeit,
nach dem deren Säurekonzentration
durch die Extraktions/Rückgewinnungseinrichtung
In
Wenn das HDEHP verwendet wird, kann die Säuremenge, die einer Abtrennungs/Rückgewinnungseinrichtung zugesetzt wird, vermindert werden, da die Aktinoide verglichen mit dem Fall, bei dem eine neutrale Organophosphorverbindung, wie z. B. TBP verwendet wird, bei einer Säurekonzentration von etwa 10-1 mol/l zurückgewonnen werden, wodurch die Betriebskosten vermindert werden können.When the HDEHP is used, the amount of acid added to a separation / recovery device can be reduced because the actinides compared to the case where a neutral organophosphorus compound such as e.g. B. TBP is used to be recovered at an acid concentration of about 10 -1 mol / l, whereby the operating costs can be reduced.
Als Verdünnungsmittel des Extraktionsmittels, wie z. B. des vorstehend beschriebenen TBP oder HDEHP, wird vorzugsweise überkritisches Kohlendioxid verwendet, um das Volumen des verwendeten organischen Lösungsmittels zu vermindern, was zu einer Reduktion der Verarbeitungskosten der Sekundärabfälle führt.As a diluent of the extractant, such as B. the TBP or HDEHP described above, is preferably supercritical Carbon dioxide used to make up the volume of organic used solvent reduce, resulting in a reduction in processing costs of the Secondary waste leads.
Die spezifische Dichte von TBP bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck beträgt etwa 1 g/ml, d.h. die Dichte ist mit der Dichte von Wasser identisch, wodurch mittels eines Zusatzes von n-Dodecan als Verdünnungsmittel zu TBP die organische Phase und die Wasserphase leicht getrennt werden können. Wenn zum Rückgewinnen eines radioaktiven Materials, wie z. B. Plutonium TBP und n-Dodecan verwendet werden, dann werden diese radioaktiv und sie müssen als radioaktive organische Abfälle verarbeitet werden.The specific density of TBP at Room temperature and atmospheric pressure is about 1 g / ml, i.e. the density is identical to the density of water, whereby by means of an addition of n-dodecane as a diluent to TBP the organic phase and the water phase easily separated can be. If to recover a radioactive material such as B. Plutonium TBP and n-dodecane are used then they become radioactive and they have to be considered radioactive organic waste are processed.
Da im Allgemeinen das Mischungsverhältnis von TBP zu n-Dodecan etwa 30 : 70 (bezogen auf das Volumen) beträgt, ist die Menge des n-Dodecans, die verarbeitet werden muss, mehr als 2 mal so groß, wie die Menge des TBP. Daher können die Verarbeitungskosten auf 1/3 reduziert werden, wenn das n-Dodecan nicht verarbeitet werden muss.Since generally the mixing ratio of TBP to n-dodecane is about 30:70 (based on the Volume), the amount of n-dodecane to be processed is more than 2 times the amount of TBP. Therefore, the processing cost can be reduced to 1/3 if the n-dodecane does not have to be processed.
Da Kohlendioxid bei Bedingungen über 31°C, 7,4 MPa in einen überkritischen Zustand übergeht und mit einer organischen Substanz in einem beliebigen Verhältnis gemischt werden kann, können die Aktinoide, wie z. B. Plutonium und dergleichen, im TBP von der Zersetzungsflüssigkeit zurückgewonnen werden, wenn das TBP mit dem überkritischen Kohlendioxid in Kontakt gebracht wird. Wenn das Kohlendioxid nach dem Gebrauch auf Raumtemperatur und Atmosphärendruck zurückgeführt wird, wird dieses zu einem Gas und kann leicht von dem TBP getrennt werden, wodurch die Verarbeitung des Kohlendioxids entsprechend nicht erforderlich ist.Because carbon dioxide in conditions above 31 ° C, 7.4 MPa into a supercritical Condition passes and mixed with an organic substance in any ratio can be the actinides, such as B. plutonium and the like, in the TBP from the decomposition liquid recovered if the TBP with the supercritical Carbon dioxide is brought into contact. If the carbon dioxide after usage is returned to room temperature and atmospheric pressure, it becomes a gas and can be easily separated from the TBP, whereby the processing of carbon dioxide is accordingly not required is.
Daher können die Verarbeitungskosten drastisch vermindert werden, wenn das Kohlendioxid in seinem überkritischen Zustand als Verdünnungsmittel verwendet wird.Therefore, the processing costs can be drastically reduced if the carbon dioxide is in its supercritical Condition as a diluent is used.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, können gemäß dieser Ausführungsform durch Rückgewinnen der gefährlichen anorganischen Ionen in der Flüssigkeit mit dem Extraktionsmittel die Verarbeitungskosten des verfestigten Körpers reduziert werden.As described above is, can according to this embodiment through recovery the dangerous inorganic ions in the liquid the processing costs of the solidified with the extractant body be reduced.
Ferner ist als Folge der Entfernung der gefährlichen anorganischen Ionen aus der Flüssigkeit die der Verfestigungseinrichtung von der Flüssigkeitsverarbeitungseinrichtung zuzuführende Abfallflüssigkeit in ihrer flüssigen Phase und in ihrer festen Phase einheitlich und homogen. Lediglich durch Zugeben eines Verfestigungsmittels zu der Abfallflüssigkeit können einheitliche und homogene verfestigte Körper erhalten werden, d.h. mit einem einfachen Verfahren können verfestigte Körper erhalten werden, die für eine Lagerung und Verarbeitung stabil sind.Furthermore, as a result of the distance the dangerous inorganic ions from the liquid that of the solidification device from the liquid processing device supplied waste liquid in their fluid Phase and in their solid phase uniform and homogeneous. Only by adding a solidifying agent to the waste liquid can uniform and homogeneous solidified bodies are obtained, i.e. with a simple procedure solidified body be obtained for storage and processing are stable.
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: KRAMER - BARSKE - SCHMIDTCHEN, 81245 MUENCHEN |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) |